你知道爱因斯坦在他人生中发表的第一篇论文是关于什么的吗?这个现象在日常生活中无处不在。海绵和毛巾为什么可以吸水?土壤中为什么可以锁住大量的水?靠它甚至还可以用来检验和分离各种物质?爱因斯坦的人生中的第一篇论文,就是关于毛细现象的研究。大概和很多人不想看自己写的小学生作文一样,爱老爷子在这之后表示自己的这篇论文「毫无价值」……
历史上第一个明确地观察和记录到了毛细作用是莱昂纳多·达芬奇,对,就是那个画了蒙娜丽莎的达芬奇。毛细现象在当时可以称得上是一个有点新鲜的事物,只需要把毛细管浸入到水中,那么水就会在管道中上升一定高度,高于原来的液面。在1660年,好奇的爱尔兰化学家罗伯特·博伊尔做了一个有趣的实验,他把毛细管浸入到葡萄酒中,然后减小整个装置的气压,他发现真空对毛细管中的液体的高度没有任何的影响。
液体在毛细管中会上升这件事情很快就引起了当时科学家们的关注,是不是因为空气不容易进入毛细管,而液体容易得多,所以毛细管内才会更多地倾向于装满液体?或者说液体是被吸引到毛细管内的内壁上,内壁对液体具有吸引力?不同直径的细管内能够爬升的液体高度也不尽相同,是不是就是因为管壁的吸引力不相同呢?
在认识到表面张力这件事情以后,所有问题迎刃而解。大家通常见到的关于表面张力的解释是这样的,因为液体内分子(或者原子)拥有内聚力,处在内部的液体分子在每个方向上受力相同,导致净力为零。但是表面上的分子则不一样,它们缺少了来自另外一个侧面的受力,因此被向内拉。这会产生一些内部压力并迫使液体表面收缩到最小区域。
生活中最容易实现的毛细现象,其实就是纸巾了。纸巾的超强吸水性,一部分来自于其内部纤维的空隙。
另一部分则是因其良好的亲水性。如果把各种颜色的水放在一起,我们就能用纸巾吸出一道漂亮的彩虹啦~这种做法看上去好像有点作弊……实际上化学家们用的薄层色谱法可能更符合我们日常意义下的「彩虹」。他们利用毛细现象来区分不同的化学物质和成分。这些可以流动的液体(流动相)在毛细作用下缓慢地将混合物样品中的不同组分由下而上带动爬升。
因为液体中各组分与用来让液体爬升的材料(固定相)的作用力不同,在流动相中溶解度也不同,导致各组分的上升速度有差异而最终在板上形成上下不一的斑点,从而达到分离混合物的目的。