标题 | 关于水的几则故事 |
范文 | 张福利 编者的话:水是我们再熟悉不过的物质,学习化学常常是从水开始的,但我们真的认识水了吗?这篇文章起点虽低,但落点很高。作者几十年研究化学,如今回头再看水,却有了不一样的视角。本刊新辟“品味化学”栏目,诚邀广大作者、读者一起品味化学,探寻化学的真正意义和价值。关于水的几则故事 水实在太神奇了!赞美水的文字就有很多,“上善若水”,“水是生命之源”,“滚滚长江东逝水”……谈到水总是觉得头绪太多,无从下手!本着“化繁为简,化简为易”的原则,还是讲几则故事好了。 故事一:“人往高处走,水往低处流” “人往高处走”鼓励一个人要自强不息,自然没得话说(但每个人的“高处”有所不同,随一个人的价值观取向而千差万别),本文暂且不提。 再看“水往低处流”。水当然往低处流!难道水会往高处走不成?科学早就解释清楚了,水往低处流的原因在于重力(又称地球引力),这是常识,有什么问题吗? 真是这样吗?我们不妨做这样一个试验:倒少量水在培养皿上,拿一根毛细管往水里一插。你就会观察到这样一个现象:水沿毛细管往上走。注意:这可是水,不是水蒸气哦! 什么道理呢?科学告诉我们,在液体状态,水分子之间有一种引力! 由于水分子之间的这种引力,大量水分子纠缠在一起呈胶着状态不易逃逸。这种力是什么?如果我告诉你,水分子之间的这种力,在宏观表现上有一个专门的名称,叫“表面张力”。你就会说“哦,这我知道!”。禾苗上的露珠、荷叶上的水珠形成都是由于这个道理。 水往上走的现象奇怪吗?不奇怪!君不见,十几米高的大树之所以能从根部吸水到树梢,靠的就是纤维形成的无数毛细管在起作用。科学还告诉我们,在一个大气压下,由于毛细管作用,水可以升高10.3米(理想状态下)。 回头再说水: (1)微观状态下,水分子始终处于运动中,有的速度快,有的速度慢。温度和压力从根本上说都是分子运动造成的,是其宏观表现,人们专门制定了一套标准进行度量。 (2)总有个别速度快的水分子会挣脱表面跑到空气中,俗称挥发。如果一瓶水用瓶盖拧紧,挥发和冷凝应该处于动态平衡状态。如果打开瓶盖,空气流动会带走水分子,最终水会挥发至干。 (3)如果加热提高液体温度,除了表面挥发速度加快之外,一旦液面下的水分子也开始变成气体,形成沸腾,这个温度叫沸点。 (4)水分子之间的引力大(原因在于水分子极性大形成氢键),造成水的比热(克服水分子之间的引力变成气体状态需要的热量)很大。 (5)俗话说“冰冻三尺非一日之寒”。其原因除了比热大之外,还因为液体变固体的相变热很大。这也是水的特点之一。 (6)水与大部分其他液体不一样,水结冰会膨胀,冰比水轻。其结果湖泊表面结冰而鱼类可以在冰面下自由生活。如果反过来,这个世界会变成什么样将不可想象。 (7)水的神奇之處还有很多很多…… 从这则故事我们得到如下启发: (1)“水往低处流”虽然是老祖宗一直流传下来的话,难道就绝对正确、不容置疑么?事实上绝大部分知识都是相对的,有前提条件的。即使牛顿的经典物理学足以对付日常各种问题,但爱因斯坦的相对论更具有普遍性。 (2)水往低处流,原因在于地心吸引力;水往高处走,是由于水分子之间的引力。 道理不同,结果迥异。 故事二:关于“水平” 为了得到一块表面平整的玻璃(如果表面不平,做成的镜子照出的人像就会变形),将金属锡(sn,mp232℃)加热熔化成液体,将玻璃也加热熔化后均匀铺在液体金属锡上。降低温度,锡先凝固,玻璃也逐渐凝固,一块表面非常光滑的玻璃板就制成了(这叫浮法玻璃)。 古话说:“一碗水端平”。比如兄弟分家、邻里纠纷,长辈说要“一碗水端平”,言下之意要像水平面一样公平。 水平面真的很平吗?我们设想一下,如果不断扩大水平面的面积,我们会惊奇地观察到这样一种现象:一碗水很平……一盆水很平……一湖水很平(假定在洞穴中,没有风)……水域面积继续扩大,变成大海……你会发现水平面开始弯曲!经常在海上航行的船员对这种现象习以为常,地平线上的船先露出桅杆,然后船身才逐渐显现…… 如果你愿意发挥你的想象力,设想站在太空中看地球,你就会看到海洋贴在地球表面,自然弯曲形成球面。古语说“曲则全”,其中蕴含的深刻道理是否值得我们认真思考? 有人会说,提出这样与众不同的奇怪想法,有何用处? 上面两则故事涉及一种思维方式——逆向思维。“所谓逆向思维,即非逆向思维,是名逆向思维”。逆向思维的本质在于看待问题更深刻、更全面。 故事三:水与道 老子《道德经》曰:“上善若水。水善利万物而不争,处众人之所恶,故几于道。居善地,心善渊,与善仁,言善信,政善治,事善能,动善时。夫唯不争,故无尤。” 子曰:“仁者乐山,智者乐水”。以山水形容仁者智者,形象生动而又深刻。小溪中的水,一路欢快地流淌,遇到水中一棵树,轻松一绕就过去了,像没事一样。这就是水!我想,真正有智慧有本事的高手处理困难问题是不是也像水绕树一样轻松呢? 古希腊哲学家赫拉克利特说“人不能两次踏进同一条河流”。河有两种含义,一条静止的河,另一条不断流动的河。虽然我们看到一条多年不变的河,但河里的水不断换新的,当你第二次踏进去的时候遇到的水已经不是原来的水了。 换一个场景。当我们看瀑布的时候,我们可以把瀑布当成一幅风景画,是静止的。但当我们观察瀑布里的水分子的时候,组成瀑布的水不断更新,水流源源不断,现在的水已非过去的水。 由此引申开去,再来看火。一个熊熊燃烧的火把,一直不停地燃烧。但我们知道,燃烧的燃油分子不断在补充新的,火不熄灭的原因在于新的燃油分子在高温下与氧气发生化学反应,持续不断放热发光。此火非彼火也。 再推而广之,世间万事万物都在变化之中,何曾有刹那间的停留? 故老子说“上善若水”,孔子在川上曰“逝者如斯夫”。如果把水琢磨透了,离道也不远啦。 作者简介:上海医药工业研究院研究员,获得国务院政府特殊津贴,上海市优秀学科带头人,全国医药产业节能环保专委会副主任。 |
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