重力算什麼！海綿吸水背後的「微型登山家」真面目
我是 Science Trainer 桑子研。每天都在做實驗。
在廚房裡不小心打翻水，拿抹布迅速擦乾；洗完澡後，用海綿把水分吸掉。這些看似理所當然的動作，其實都發生了一件很不可思議的事——水竟然能夠「對抗重力」向上移動。
例如，把一張廚房紙巾的一端浸進紅茶裡，你會看到茶水沿著紙巾慢慢往上爬。這到底是為什麼呢？
這一次，就讓我們一起來看看海綿、抹布等材料究竟是靠什麼神奇的機制，把水吸進去的吧！
能把水吸進去的多孔結構
仔細看看海綿，你會發現上面有許多細小的孔洞。這種結構稱為「多孔質」。海綿的內部，就像一座複雜的叢林，充滿了細小的管道與縫隙，彼此交錯。
而這些數不清的「細小縫隙」，正是海綿能夠把水吸上去的關鍵。
毛細現象
廚房紙巾、抹布，甚至是海綿之所以能把水吸上去，最大的功臣就是「毛細現象」。
所謂毛細現象，就是當細小的管狀物接觸液體時，液面會克服重力，沿著細管慢慢向上移動的現象。
這裡面有兩種力量扮演了非常重要的角色。
- 附著力： 水分子會被海綿的內壁吸引，想要附著在牆面上的力量。
- 表面張力（凝聚力）： 水分子彼此緊緊牽著手，想要聚在一起的力量。
這兩種力量合作之後，水就會自己鑽進狹窄的縫隙裡。
而且還有一個很有趣的特性：縫隙越細，這種把水吸上去的力量反而越強！
附著力與表面張力
為什麼水可以沿著海綿或玻璃的表面「往上爬」呢？
秘密就藏在分子表面的「-OH（羥基）」結構中。抹布和天然海綿的重要成分之一——纖維素，排列著大量的-OH。
這些-OH具有很強的電性偏極，也就是所謂的極性。對同樣具有極性的水分子來說，它們就像在招手說：「來這邊吧！」
說到毛細現象，有些人可能會想到的不是廚房紙巾，而是水沿著細玻璃管向上爬的情景。
那為什麼玻璃也可以做到這件事呢？
令人驚訝的是，看起來光滑無比的玻璃表面，其實也存在著一種結構，叫做「矽醇基（Si-OH）」。這些結構是玻璃表面與空氣中的水分反應後形成的。
當玻璃管插入水中，水面會向上升，正是因為以下兩個步驟正在高速、反覆地發生：
- 往上爬（附著力）： 玻璃表面的-OH吸引水分子，使水沿著玻璃壁往上爬。
- 由表面張力（凝聚力）拉上去： 已經黏在玻璃壁上的水分子，又拉著旁邊的水分子一起往上：「一起上來吧！」
水就會一直往上爬，直到這股「向上爬的力量」與水本身的重量達到平衡為止。
油也會沿著紙張往上爬的「低調力量」
這時候，你是不是會產生一個疑問？
「油不像水一樣具有極性，為什麼油也能被廚房紙巾吸上去？為什麼油也能像水一樣被擦掉呢？」
油不像水那樣具有強大的「氫鍵（強力的分子間結合）」，但在分子的世界裡，還存在著一種比較低調的吸引力——凡得瓦力。
它是一種存在於各種分子之間的「讓彼此不知不覺靠近、待在一起的力量」。
廚房紙巾的主要成分纖維素（由碳和氫等元素組成），以及油的分子（同樣主要由碳和氫組成），其實都可以透過凡得瓦力彼此吸引、附著在一起。
對油來說，它的表面張力比水弱得多。因此，比起乖乖聚成一團，油更傾向於「只要有縫隙，就想一直往外擴散」。
正因為如此，當油遇到廚房紙巾的纖維時，就會順勢鑽進纖維之間的細小縫隙。
不過，只要和水比較一下就會發現，油打翻之後確實比水更難擦乾淨。
這是因為油不像水一樣具有極性，所以擦起來總是黏黏的，而且吸上去的效果也明顯比較差。
一旦油分子踏進纖維之間的縫隙，接下來登場的主角，就是我們前面學到的「毛細現象」。
廚房紙巾其實就像一座「超・微型叢林」，由大量極其細小的纖維彼此交織而成。
因為這些縫隙非常細，即使只是凡得瓦力這種比較「低調」的附著力，也足以把被困在狹小空間裡的液體吸引進去。
水的毛細現象竟然可以形成霜柱！也推薦一起看看這篇文章。
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