为什么水是湿的？「湿」的原理是什么？

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有关回应 · 2021-5-23 19:44:34

已经有一些好答案了，我来狗尾续貂。
这个问题很像是我能问得出来的……因为小时候确实问过类似的问题。

（图片来源见水印）
芋头叶子，这是我感到好奇的第一个问题。现在我们先统一认识，芋头叶子到底湿了没有呢？
我相信大部分人不会认为这张芋头叶子被打湿了，就算中心有水，只要稍微轻轻拍打一下，这水珠就会弹起来，然后随着叶子的晃动到处滚，最后因为重力而掉落。
因为芋头也算是老家的特产，夏秋季节到处都是，所以这个小游戏小时候我常玩，问过很多次，为什么芋头叶子不会被水浸湿，身边没有一个人能回答我，也是可悲。
但是这只是问题之一，还有一个问题在于：

油漆未干，相信很多人都见过这个标语。
“未干”，自然就是还湿着，虽然我们并不这么表达，但是心里已经承认这个状态了。
那么，油漆里有水吗？
我上初一时家里装修，给家具刷漆的时候，看着油漆晃荡荡的液体，便问道，这是用水配的吗？工人师傅笑了，说油漆里怎么能有水，加水了，刷出来的家具就要起泡了。
当然，后来我知道，有些“油漆”其实是“水漆”。
但是问题在于，油漆如果不含水，我们为何还觉得刷过油漆的家具是“湿”的呢？

所以，我们现在可以得到的结论是，我们对于“湿”的这种感觉，未必和水有关，反过来，也未必有水就一定意味着湿。
未必与水有关，这个问题不难解释。但凡一个物体的表面覆盖着液体，我们都会觉得，这是湿漉漉的，是不是水，其实并不是关键。前面提到的油漆，它的主要溶剂是甲苯和二甲苯，刚刚刷上去的时候，看起来也是“湿”的。不仅如此，很多人一到冬天，手容易干裂，那么怎么保湿呢？凡士林是最廉价的方法之一，它不含水，是一种油，一种粘度大得已经是膏的油，但是涂上之后，也是湿的感觉。再比如，酒精、甘油、食用油等等，都可以营造“湿”的感觉。
那么，为什么水不一定会让我们感觉到“湿”呢？
这个问题我们回到芋头叶子来说。
芋头叶子，以及更为常见的荷叶，它们都是“出淤泥而不染”，也就是不沾水。
如果看到微观层面的话，它们的表面大概是这样的。

在叶片上有很多小凸起，并且它们还是蜡质的，也就是说和水不相容。
蜡和水有多不相容呢？只要看一下打过蜡的车，就可略知一二了。

这个问题更深入来说，就要说到表面张力的事儿了。介于很多人对这些名词实在是感到头疼，这里就不掉书袋了。省去过程，最终的结果就是，当水珠停在打过蜡的表面时，比较稳定（指热力学稳定）的状态是，水珠收缩，尽可能缩小表面积，也缩小与它与蜡接触的面积。
这个特点在芋头叶子或荷叶表面就更突出了，因为有小凸起，所以这些水珠完全没法浸透叶片，所以几乎是以球形水珠的形式，停留在叶片表面。这个感觉，就好像是：

有多悬？自行体会吧。这个时候给水施加一点点作用力，它就滚了。
所以，水未必都是“湿”的，我们看到的湿，实际上是一种润湿的状态。不过，不要觉得这只是在抠字眼，这个问题在科学上可是大事，也影响了我们生活中的很多小事。
比如，前面说到的油漆，里面如果有水了会起泡？还真有这个风险。实际上，因为水的表面张力较大，它在很多表面的润湿性都很堪忧，混在油漆中，会造成水珠分散不开，也不能很好地润湿家具表面，最后当油漆干了以后，这些水可能还会贮存在内部，逐渐挥发形成孔洞。当然，这只是一种现象，实际上油漆掺水出现的缺陷还有很多类型。
那么是不是改用水漆就万事大吉了？反正都是水。的确，水漆是未来的趋势，不只是操作方便，而且也更环保，常用的乳胶漆就属于水性漆。
但是，水的表面张力大，这个根本问题还是没有解决。2012年，我曾经连夜坐了十几个小时的硬座，赶到隶属于丽水的云和县，帮助客户解决一个问题：木制玩具无法上漆。现场发现，因为木料油性较大，也就是表面能偏低，水漆根本无法使之“润湿”。还好，我们事先已经料想到原因，带了一些表面活性剂和消泡剂，解决了这一问题。
而这里说到的表面活性剂和消泡剂，就是前面所说的——科学上的大事。
广义来说，消泡剂也是表面活性剂，只要改变物质表面性质的化学物质，都可以归为这一类，所以世界上常用的表面活性剂就有数万种。更为常见的，是我们的洗涤剂、洗发膏、洗衣粉等等。
在科学研究中，表面活性剂也是十分重要的领域，如果展开了说，可以讲一本厚厚的书。
举个例子吧，细胞膜。读过高中生物，都知道细胞膜是双层结构，那么这种结构的好处都有啥？谁说出来都给他……不好意思串词了。
好处太多了，比如，它可以让细胞膜两面都是水，但是两面却不相溶。不仅不相溶，细胞里面的水，可以渗出来，细胞外面的水，也可以渗进去，可是盐的组成却不同，细胞外是钠环境，细胞内却是钾环境。
这一切，都源于构成细胞膜的那种物质，磷脂。而磷脂，就是典型的表面活性剂。
所以，干和湿的问题，不只是童子之言，更是一个非常严肃的科学问题。

说到这儿，你也许会觉得，这么无聊的事，终于讲完了……
然而，并没有！理工男较真起来是很啰嗦的。
前面所说的湿，其实是一种绝对意义的湿，或者说是看得见的湿，还有一种湿是相对的，看不见的，那就是我们常说的——湿度。
它的全称叫相对湿度，而这里的“湿”，就只跟水有关了。
还记得我们前面提到的，冬季皮肤容易干裂吗？造成这种现象的原因，就是因为皮肤水分流失。
为什么呢？因为空气的相对湿度低了。
所谓的相对湿度，实际上说的是，空气中多少都应该存在一点水蒸气，并且我们可以通过计算，知道在特定的温度下，水蒸气的压强有多少。在100℃的时候，水蒸气的压强和大气压相同，所以，它就沸腾了。但是在常温条件下，通常水蒸气的压强就只有不到大气压的百分之一。
别看只有百分之一，实际上这个条件一般也是达不到的——因为一旦达到了之后，再有一点灰尘的话，水蒸气就会凝结了，然后变成云雨雪雾霜雹等各种形态。所以，科学上称这种状态为“饱和”，水在这个时候的压力也叫“饱和蒸气压”。饱和的状态，那就设定为100%，于是，相对湿度就跟这个状态比较，如果完全没有水蒸气，那就是0%，沙漠里有时候可以出现这种情况，反过来，一些海滨城市受到季风影响的时候，湿度接近100%。但是多数地区，这个数字会在20%-80%之间变动。
别看湿度所代表的的水蒸气压并不大，但是它对人类生活的影响确实很关键的。比如冬天，从广州到北京，除了体感温度的差别之外，还有一点差别就是，暖气房里，呼吸跟针扎进鼻子似的，太干燥了。反过来，赶在南风天的时候，从北京去广州，就会发现，哦呦妈呀，衣服都干不了。
所以，相对的“湿”，实际上指的是水蒸气的浓度变化，和前面所说的“润湿”，有着明显的区别。
现在，我真的讲完了。

有关回应 · 2021-5-23 19:44:35

“湿”这个字看似简单，却是一个人体的主观感受。我们从日常生活讲起，我们看到水可以润湿我们身边的大部分物质，比如衣服，毛巾，皮肤，毛发甚至玻璃等等。
有时候，我们真的很反感我们的衣服被水打湿的感受。

妈妈我又犯错误了在微观上，这是因为水分子有较强的“极性”，这使得水里产生了一种神奇的“氢键”。
鲁超：【元素家族——连载6】冰为什么比水轻？（上面这篇文章可以让你更加了解关于氢键的问题。）
至于这个“极性”是什么，你可以这么理解，分子由原子构成，有些原子力气大，会拉扯其他弱小的原子，结果让整个分子也不“均匀”了，这就体现出了“极性”。水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，氧原子力气比氢原子大多了，这就体现出了比较强的“极性”！

水分子里，大哥氧原子拼命的拖拽氢原子的电子云。在比显微镜视野还要小的微观世界里，分子和分子在不停的碰撞。有一些分子极性较弱，比较本分，撞击完了，就和碰碰车一样，与别人秋毫无犯；有一些分子却很热情，仗着自己极性强，力气大，喜欢拉着别的分子一起跑。
水分子就是这样”热情”的分子，氧原子拉扯着分子内的氢原子以后，还要去吸引别的水分子里的氢原子，这就是“氢键”。

氧原子由于吸引氢原子带上了多余的负电，又可以去吸引外面略带正电的氢原子，这就是氢键。由于水里“氢键”的存在，当水分子遇到一些和它一样“热情”的基团时（比如羟基、羧基、氨基等），它们就成为了朋友，互相吸引到一起，马上开心的跑到一起“跳舞”了。从宏观上看，这就是水把材料浸润了。

下雨了，玻璃都湿了。微观上，这是因为玻璃表面有很多有极性的硅氧键
也有例外，当水遇到一些表面全是“本分”基团的材料——比如石蜡——时，尽管水里的氢键热情似火，但石蜡却不为所动。从我们人的肉眼看来，水就不能打湿石蜡。

小朋友，你回去看看家里的蜡烛能不能用水打湿？我们不要因为水不能润湿所有材料而不开心，因为我们很多时候也是很讨厌“湿”这种感觉的。我们可以利用这种性能来制造一些防水材料，比如我们的胶鞋、雨衣，就是用一种叫做聚氯乙烯（PVC）的防水材料来做的。

之所以穿胶鞋，不过是因为我们的脚怕“湿”

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最后谈谈另一个回答中关于化学教授Richard Saykally的解释，这位教授解释的原贴在这里：
http://nautil.us/issue/25/water/ingenious-richard-saykally英语好的可以看看。
这位教授关于润湿机理的解释还是在于氢键，只有第一个问题“Why is water wet?”在回答这个问题，后面都发散到关于水的其他问题了。之所以提到“四面体”，我的理解，这是为了吸引孩子的注意力，而说的俏皮、有趣的内容。
问题很简单，如果都是四面体，那就不是液态水了，变成固态的冰了。原文中也提到了，水分子的团簇在越接近绝对零度时越为稳定。
总之，水之所以是湿的，来自水中的“氢键”，而跟冰结构里的水分子四面体结构没太多关系。

有关回应 · 2021-5-23 19:44:36

这个问题我认为仅仅从水的极性解释是不够的，因为题主所问的“湿”，不仅仅是水浸润其他物体的能力，更主要的是我们如何产生“湿”的感觉。当然， @鲁超老师的答案简单明了，已经完全解释了“浸润”的问题，这方面我就不补充了。
我们感受“湿”主要从两个方面进行，一是通过体表的皮肤内的触觉，冷觉，温觉感受器。二是通过视觉认知来非接触辨别。
皮肤总共有四种感受能力，分别是触觉，冷觉，温觉和痛觉。在我们身体接触到液体或被打湿的布料，硬质表面时，我们会同时感受到触觉变化，冷觉和温觉变化。由于液体的形态不定，蒸发吸热等特性，触觉感受不到明显确定的边界，同时从温觉强烈过渡到冷觉强烈，都是判断液体接触的直接原因，而从进化心理学角度说，体温的流失会触发生物体的警觉信号从而带给我们强烈的不适感。

皮肤内的四种感受器（图片来源:中国数字科技馆）换句话说，如果我们把液体边界固定，保持恒定温度，在不用眼看的情况下我们是很难辨认接触到的是不是“水”的。
而通过视觉认知辨认“湿”的存在就更有趣了。当看到深色衣物表面被浸湿的部分时，我们会观察到有一部分变得更深，且边界不规则，我们就会认为这个部分“湿了”。这是由我们过去的生活经验所决定的。
以皮亚杰为代表的“发生认识论”认为我们在幼年时对于类似的经验会进行学习和总结，产生“这里被液体打湿了”的认识。而以詹姆斯吉布森代表的直接知觉理论认为，这种能力是遗传的，并不是后天习得的。
不管是哪种理论，我们产生“湿”感觉的原因，都是可以推论的，也可以通过实验证明的，人的知觉并没有我们想象的那么可靠和准确。

有关回应 · 2021-5-23 19:44:37

2019-05-04
我们之所以感觉到湿，还是从「浸润性」来看比较恰当！

接触角与表面张力的关系。水为什么是湿的？一个答案是：当你触碰到水时感到潮湿，是因为指尖告诉大脑那种感觉是「湿的」。神经脉冲能将信息从皮肤传递到大脑，我们称之为「触觉」，触觉还能告诉你冷或热、粗糙或细腻，以及干或湿。水之被感受是潮湿的，这正说明水是一种液体。至于用水是「四面体」分子构型来说明水是湿的，那我反问下液化天然气（LNG）主要的成分是甲烷（CH4），它也是「四面体形构，tetrahedral hydrogen bonding」液体，你怎不会认为它是「湿」的？那就一定还得有其它的解释才说的通。也有朋友提到了「极性」，水是极性分子，刚好甲烷就不是极性分子，如果极性说的通的话，这样更可以排除四面体形构的说法了。

极性分子来自极性化学键。水是由分子组成的，每个分子又由更小的物质——原子组成，你可以把这些东西想像成乐高积木，每个水分子都是由两个氢原子与一个氧原子结合而成的，水分子之间也相互「粘合」，靠的是氢原子的一种特殊性质——氢键，这些「氢键」使水分子互相结合得更加紧密，比大小相近的其他分子都要紧密，这使水在很多方面都很奇特。我们再来看看汞（Hg），虽然也是液体，我们在室温下并不会有潮湿的感觉，所以有专家认为：水为何是湿的？因为它可以黏附在皮肤上，换个角度说就是水与皮肤的浸润性高（皮肤有水合作用）。把不润湿的汞滴放在干净的玻璃板上，汞不会粘在玻璃上；将一滴水放在干净的玻璃上，然后将其放在玻璃板上形成薄层，粘附在固体表面上的这种液体的现象称为「浸润」。浸润指的是两种互斥的物理现象，如果液体对固体浸润，同时固体内部存在毛细管，那么因为毛细作用，液体会渗透到固体的内部。这样，我们就可以认定：可以浸润的液体会呈现潮湿的感觉。
同种物质分子间的作用力称为「内聚力」（液体的内聚力是形成「表面张力」的原因），不同物质分子间的作用力叫做「附着力」。如果内聚力小于附着力，就会发生「浸润现象」；反之，则称为「不浸润现象」。那么，「浸润性，invasive」与「极性，polarity」是否有关联呢？可以看出「浸润性」指的是不同型态（固体、液体、气体）间的相互作用，而「极性」指的是分子间的相互作用（氢键），两者还是有差异的。水分子由于氧的电负度比氢高，所以分子中有氧原子的一边电荷会偏负（电荷差的分子被称为「偶极子」），电荷差使得水分子互相吸引（偏正电的区域会被偏负电的区域吸引），同时亦使它们和其他极性分子互相吸引，这种吸引力就是上面提到的氢键。
可以说「极性」决定了「浸润性」的好坏，因为浸润得考虑到两种型态间的「界面作用」，所以浸润性却不是只有极性可以完全决定的。如果固体分子对液体分子的引力大于液体分子之间的引力，此时附着层内的分子相互作用表现为斥力，液面呈现扩散的趋势，便形成了浸润现象；反之，如果固体分子对液体分子的引力小于液体分子之间的引力，此时附着层内的分子相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，便形成了不浸润现象。

判断极性分子和非极性分子的方式。不过，并不是只要是水就会呈现「湿」的感觉。美国加州大学伯克利分校的 Richard Saykall 做了一些很机智的实验，牛津大学的 David Clary 随后又将实验做了很好的总结，实验显示：要想感觉到潮湿，至少需要 6 个水分子；如果少于 6 个，分子形成的水膜只有一个分子厚。当把第 6 个分子加进来时，整簇分子就会被快速转化成一个微型水洼，于是我们便感觉到了潮湿。
可见要解释一个自然现象，单从一种理论去看还是见树不见林的！

分类：科普 >>物理 >>表面

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有关回应 · 2021-5-23 19:44:38

《鹦鹉螺》杂志前不久刊登了这样一篇文章，作者是来自加州大学伯克利分校的化学教授Richard Saykally。对于标题中的问题，他是这样解释的：
当我的女儿们还小的时候，我们曾经就这个问题做过一些探索。事情的起因是这样的，当时我的女儿们在浴缸里泡澡，这时最小的女儿突然问我，“爸爸，为什么水是湿的呢？”对此正确的答案是：液态水分子的四面体构型(tetrahedral hydrogen bonding)。多年之后在学校里被遇到这个问题，她们会向老师回答说：“是因为四面体分子构型！”——没错，这就是该问题的正确答案。
这个术语对大家或许没有什么意义，但在看了下面的图示之后，再想想水分子的这种结构有多奇特，或许你会开始对“四面体构型”有些概念。

上图就是一个典型的四面体键。和你猜测的一样，一个正四面体分子构型中，每个键角角度都约为109.5度(正四面体分子构型)，形状为金字塔型。但液态的水分子并非这样规规矩矩的四面体——水分子中未成键的孤对电子将两个氢原子相互推拢，这样其中一个夹角变成了104.5度，整个四面体变得不规则。

讨论水为什么是湿的时，很多时候我们所说的是水的“附着性”——为什么水碰到水就能融合到一起？为什么天花板上的水珠能吊这么久？为什么一滴水滴在硬币上，倒出来一半硬币上却出现更多个水滴？
如果你能看到水分子的一举一动，你会注意到水分子时刻都在吸引着旁边的水分子邻居。每个水分子里有两个氢原子和一个氧原子。它超强的附着性就要归功在这两个氢原子身上。氢键是分子间一种永久偶极的作用力，它发生在已经以共价键与其它原子键合的氢原子与另一个原子之间，通常发生氢键作用的氢原子两边的原子都是电负性较强的原子。一个水分子中的两个氢原子位于氧原子的一侧，被氧原子和邻近的水分子邻居中的氧原子所吸引，这时就发生了氢键反应。水分子因为其偶极性导致它们互相之间又稳固的氢键牢牢拴在一起，就像下面的图一样。这就是为什么水会“打湿”东西。

所以如果你听到有学化学的人告诉你水“是弯的”，现在你应该知道意思了。Saykally 之后更详细地解释了为何这种分子结构会赋予水神奇的属性：
水分子簇(或水分子团，"water cluster")指超过两个水分子形成的一种排列方式，比如两个水分子所形成的二聚水。当然这种由两个水分子聚合形成的大水分子并没有什么形状可言，而当聚合分子中的水分子数量上升时，水分子簇的形状会产生各种变化。三个水分子的水分子簇形状为环状；四个水分子会聚合成接近方形的环状；五个水分子聚合成五角形；而当数量上升至六时，聚合物的形态就从平面圆环转变为三维的笼状结构；由此类推，当它为七聚体，八聚体，九聚体时形态也类似。其中八聚体的形状近似于一个拉伸后的立方体，之后更大数量的聚合体都在这个立方体基础上变化。上面所提到的都是可以在绝对零度时找到的，比较常见且稳定的结构。

为什么水是湿的？「湿」的原理是什么？

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