表面张力实验：回形针浮沉原因解析

准备一盆清水和一枚回形针，将回形针小心翼翼地平放在平静的水面，它就会浮在水面上而不下沉。这是因为水分子产生的表面张力，把回形针给“撑”了起来。滴几滴洗洁精在水中，你会见到回形针沉下去了。这是因为洗洁精会显著地降低水的表面张力（见本篇后面的介绍），失去了表面张力的支撑，于是回形针就沉入盆中。

图6．1．4 不沉的回形针

表面张力虽然是物理学的研究内容，但是化学家们对化学物质对表面张力的影响也很有兴趣。他们想知道，当化学物质溶于水中时，水的表面张力会有变化吗？经过研究发现化学物质对表面张力的影响，可以分为3类，如图6．1．5所示。

图6．1．5 溶质对表面张力影响的示意图

我们大致可以把化学物质分为3种类型：

（1）溶于水中后表面张力几乎没有变化，甚至还有增加，这些化学物质基本都是无机物；(www.xing528.com)

（2）溶于水中后表面张力略有下降，但幅度不大，这些化学物质是较小的有机物（如酒精等）；

（3）溶于水中后表面张力大大降低，甚至降到接近于零，这些化学物质通常为较大的有机物，常带有一个含8个以上碳原子链长的有机物。

人们往往把那些明显降低水的表面张力的有机物叫做表面活性剂。这种有机物具有两亲性质的结构。所谓两亲性质就是分子中同时含有亲水的极性基团和憎水（亲油）的非极性碳链或环。以脂肪酸为例，它的结构如下：

之所以称它为脂肪酸，是因为自然界的脂肪大多具有较长的碳链，化学家们常以脂肪来统称长碳链。化学中有一条通则，叫“相似相溶”或“相似相亲”，即结构相似的物质可以相互溶解，相互亲近。那么脂肪酸里的长碳链烃基属于有机物质，它当然与有机物质相亲，我们称它为“亲油基团”。请把这里的油理解为有机物质，也可以称它为“憎水基团”。而脂肪酸中的羧基与水的结构相似，于是可称为“亲水基团”。一个同时具有亲油基团和亲水基团的物质就是两亲物质。