生活科普:为什么有的胶一撕就掉,有的胶堪比焊接?
来源:科学信仰
发布时间:2022-09-16
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胶为什么能用来粘东西呢?当然是因为“粘”,但它为什么粘呢?

虽然同样都是胶,但是不同的胶在粘性上有着很大的差异,有些胶一撕就掉,比如我们经常使用的透明胶带,而有些胶的粘度堪比焊接,只要粘上,怎么都弄不下来,比如502、焊接剂以及用于堵漏的强力胶带。其实“胶”之所以能够用来粘东西,本质上是因为某种作用力在起作用,而不同的胶之所以粘性不同,则是因为导致粘性产生的并不是同一种作用力。要让这个问题变得简单易懂,我们还是需要从物质的本质说起。以宏观视角来看,不同的物质有着截然不同的结构,但从微观视角来看,所有的物质都是由一个个原子组合而成的。


原子是一个很小的微观结构,在这个结构中主要包含两个部分,即原子核与核外电子。

电子是带负电的,而原子核是带正电的,两者结合在一起,原子就显示出了电中性。比原子更大的物质结构是分子,它是由原子结合而成的,那么两个不同的原子是靠什么力量结合形成分子的呢?是“化学键”。所谓化学键,简单来讲就是两个原子依靠相互交换电子而产生的一种结合力。原子也好,分子也罢,想要保持稳定,一个因素至关重要,那就是静电平衡,也就是说一个分子中带正电的原子核与带负电的电子应该能够恰好实现平衡,这样才能得到一个不带电的原子或分子。


虽然总体来讲,分子是呈现电中性的,但又不总是如此。

分子之中的电子并不是静止不动的,它总是处于随机运动之中,而这种运动就导致了在分子内部一部分的区域电子多,而另一部分的区域电子少,此时分子就变得好像一块磁性分明的磁铁一般,一部分区域带正电,而另一部分区域带负电,于是一个分子带正电的部分就会与另一个分子带负电的部分相互吸引,两者便吸附在了一起,也可以说是粘合在了一起。1857年物理学家范德华第一个发现了这种分子间的相互作用力,所以其又被称之为“范德华力”。


范德华力虽然可以使两种分子结合在一起,但却有着苛刻的条件,那就是两种物质必须要足够近,近得完全贴合在一起才行。

怎么才能做到这一点呢?即便我们将两个看起来极其平整的物质放置在一起并用力压实,在微观层面上它们依旧离得很远,而要让它们彻底贴合在一起就需要一个媒介,那就是“胶”。即便表面上看起来再光滑的物体,在微观层面上都是凹凸不平的,而“胶”本质上是一种柔软的粘弹性流体物质,当它与物体接触后会迅速流入物体表面的各种孔洞细缝之中将其填满,此时“胶”与物体表面可以说是完全贴合的,于是范德华力就开始发挥作用,分子紧密地吸附在了一起,这就是胶之所以能够粘东西的内在原理。


这里所说的胶只是普通的胶,比如透明胶带,而这种胶虽然可以粘东西,但我们都知道它是一撕就掉的,为什么呢?

因为范德华力属于弱相互作用力,这种力量本身并不是很大。那为什么有些胶的粘度就非常大,堪比焊接呢?在这些强力胶之中发挥作用的并不是范德华力,而是另一种更加强大的力量,氢键。所谓氢键,就是一种分子中的氢原子与另一种分子中的氧原子相互吸引结合的力。虽说在一个分子中,不同的原子会共享电子,但有些原子总是喜欢多吃多占,比如氧原子,它就会将电子都拉到自己这一边,而氢原子则很容易流失电子。


氧原子喜欢霸占电子,而氢原子容易流失电子,所以氧原子就带上了负电,而氢原子则带上了正电。

于是当两个分子相遇后,一个分子中带正电的氢原子就会与另一个分子中带负电的氧原子吸附在一起,这股力量极为强大,这就是氢键。表面上来看,氢键好像与范德华力差不多,但本质上氢键属于强相互作用力,所以力量要比范德华力大得多。那些粘性极强的胶中最主要的成分就是含有氢键的高分子物质,当它们附着在物体表面并固化之后,两个物体便能够紧紧粘合在一起,再难分开。不同的胶水固化的速度是不同的,所以有些胶一粘就好,而有些胶需要等待较长的时间。



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