1
00:00:14,502 --> 00:00:16,560
为什么有些昆虫可以

2
00:00:16,560 --> 00:00:18,135
在水面上轻轻拂过，

3
00:00:18,135 --> 00:00:19,815
但是当你试图踏入水中时

4
00:00:19,815 --> 00:00:21,417
却立即沉入水底？

5
00:00:21,417 --> 00:00:24,811
为什么湖水结冰时从水面开始往下结冰呢？

6
00:00:24,811 --> 00:00:28,823
简单地说，以上所有问题的答案都是极性

7
00:00:28,823 --> 00:00:30,490
水是一种简单的分子

8
00:00:30,490 --> 00:00:33,946
是由一个氧原子和两个氢原子组成的，

9
00:00:33,946 --> 00:00:35,862
但水仍然是生命之源

10
00:00:35,862 --> 00:00:39,324
事实上，一个成年人60%的体重

11
00:00:39,324 --> 00:00:41,954
都是由水组成的

12
00:00:41,954 --> 00:00:44,372
这些水分子的极性

13
00:00:44,372 --> 00:00:46,624
给予了这个简单的物质

14
00:00:46,624 --> 00:00:49,413
独特且能够维持生命的性质

15
00:00:49,413 --> 00:00:51,545
极性指的是一个分子内

16
00:00:51,545 --> 00:00:53,604
电荷分布的不均匀性

17
00:00:53,604 --> 00:00:56,551
对水来说，在一个水分子中

18
00:00:56,551 --> 00:00:59,635
氧原子和两个氢原子之间的化学键

19
00:00:59,635 --> 00:01:03,020
就像一个高大强壮的足球运动员和

20
00:01:03,020 --> 00:01:05,189
一个可爱的婴儿之间进行拔河

21
00:01:05,189 --> 00:01:07,063
氧原子更大一些，

22
00:01:07,063 --> 00:01:09,772
它的原子核中比氢原子有更多的质子

23
00:01:09,772 --> 00:01:13,170
这些正电荷就像一个人的力气一样

24
00:01:13,170 --> 00:01:14,485
它们能够吸引

25
00:01:14,485 --> 00:01:16,855
带负电荷的电子，

26
00:01:16,855 --> 00:01:19,450
就像较强的一方可以在拔河比赛中

27
00:01:19,450 --> 00:01:22,021
战胜较弱的一方

28
00:01:22,021 --> 00:01:24,204
所以，氧原子能够比氢原子

29
00:01:24,204 --> 00:01:27,123
吸引更多的电子

30
00:01:27,123 --> 00:01:30,273
因为氢原子体积小，有更小的力量，

31
00:01:30,273 --> 00:01:31,550
更少的质子，

32
00:01:31,550 --> 00:01:33,547
它在拔河比赛中输了，

33
00:01:33,547 --> 00:01:36,733
于是就比氧原子吸引更少的电子

34
00:01:36,733 --> 00:01:39,720
水当中的氧原子带负电，

35
00:01:39,720 --> 00:01:43,139
氢原子带正电

36
00:01:43,139 --> 00:01:45,846
一个水分子中的化学键

37
00:01:45,846 --> 00:01:48,163
叫做极性共价键

38
00:01:48,163 --> 00:01:50,859
共价代表电子由两个原子共有

39
00:01:50,859 --> 00:01:52,945
但是，正如我们刚才所学的，

40
00:01:52,945 --> 00:01:56,277
极性表示电子不是均匀分布的，

41
00:01:56,277 --> 00:01:58,938
在水分子中，氧原子是带负电的

42
00:01:58,938 --> 00:02:01,655
而氢原子是带正电的

43
00:02:01,655 --> 00:02:03,701
异电性物质相互吸引，

44
00:02:03,701 --> 00:02:06,495
所以氧原子和氢原子在不同的

45
00:02:06,495 --> 00:02:08,149
水分子之间相互吸引

46
00:02:08,149 --> 00:02:11,932
水分子之间产生了一种特殊的化学键，

47
00:02:11,932 --> 00:02:13,962
叫做氢键

48
00:02:13,962 --> 00:02:16,770
氢键不只是在水分子之间存在

49
00:02:16,770 --> 00:02:18,961
也可以在水分子和

50
00:02:18,961 --> 00:02:22,470
不同的极性分子或者离子化合物之间存在

51
00:02:22,470 --> 00:02:25,602
水分子能够簇在一起，这叫做凝聚力，

52
00:02:25,602 --> 00:02:28,323
水能够粘在别的物质上，

53
00:02:28,323 --> 00:02:30,560
这叫做黏附性

54
00:02:30,560 --> 00:02:32,987
再回想最初的问题

55
00:02:32,987 --> 00:02:36,903
第一，为什么有些昆虫能够在水上爬行？

56
00:02:36,903 --> 00:02:39,571
由于氢键，表面张力

57
00:02:39,571 --> 00:02:41,698
在水面上产生一层薄膜

58
00:02:41,698 --> 00:02:43,159
它的弹性足以支撑

59
00:02:43,159 --> 00:02:45,586
小型昆虫在上面走动

60
00:02:45,586 --> 00:02:46,769
而你不行

61
00:02:46,769 --> 00:02:48,805
是因为氢键的强度不足以

62
00:02:48,805 --> 00:02:50,545
支撑你

63
00:02:50,545 --> 00:02:52,918
为什么冰能够漂浮在液态水中呢？

64
00:02:52,918 --> 00:02:54,685
对于大多数物质来说，

65
00:02:54,685 --> 00:02:57,888
固态的密度总是比液态的密度大，

66
00:02:57,888 --> 00:03:00,390
但是水却不是这样！

67
00:03:00,390 --> 00:03:02,599
氢键在冻结的水中,水分子之间的

68
00:03:02,599 --> 00:03:05,554
距离比液态水更大

69
00:03:05,554 --> 00:03:07,518
分子之间的距离越大，

70
00:03:07,518 --> 00:03:09,773
固体的密度就越小

71
00:03:09,773 --> 00:03:13,227
所以冰的密度比水大约小9%，

72
00:03:13,227 --> 00:03:15,441
所以它能漂浮在水上

73
00:03:15,441 --> 00:03:17,943
这就是为什么湖水结冰时从水面开始往下结冰

74
00:03:17,943 --> 00:03:19,861
所以水生生物能够度过

75
00:03:19,861 --> 00:03:21,947
每年寒冷的冬天

76
00:03:21,947 --> 00:03:24,656
水分子的极性

77
00:03:24,656 --> 00:03:26,907
和它造成的氢键

78
00:03:26,907 --> 00:03:29,996
构成了水独特的性质

79
00:03:29,996 --> 00:03:33,127
水如此特殊的原因，

80
00:03:33,127 --> 00:03:34,440
从你身体中的细胞

81
00:03:34,440 --> 00:03:35,877
到地球上的海洋，

82
00:03:35,877 --> 00:03:40,826
都是因为它是一个极性分子