近日,雲南多地迎來了潑水節,咱們雖然不一定去過潑水節現場,但至少也都有過被潑一身水或者淋雨的經歷。我們會發現,沾水的衣服,會比平時看起來顏色更深,這是為什麼呢?
4月15日,耿馬縣勐相濕地公園廣場潑水節活動。新華社記者陳欣波攝
水是地球上最為平凡的物質之一,但它是生命的重要基礎,也蘊含着無盡的神奇。水自己透明無色,卻仿佛擁有一雙無形的巧手,能通過物理作用和化學反應,悄然改變其他東西的色彩表現。本文將以三類常見現象為例,聊聊水為什麼自己無色,卻能「變出」顏色來。
濕布為何顏色變深?
我們都有這樣的印象,從濕毛巾到濕紙巾,沾水濕潤的物體,顏色總會比乾的時候顯得更深。這些看似平常的現象背後,其實隱藏着光與物質相互作用的規則。
布料和紙巾由交錯的纖維構成,表面凹凸不平。當光線照射到布料表面時,這些凹凸不平的纖維結構會引發漫反射,使得大部分光線被反射回人眼,這讓我們看到的乾燥布料或紙巾的顏色相對更亮,給人以顏色較淺的感覺。
如果布料、紙巾被浸濕,水會迅速湧入纖維間的空隙,讓光線從反射為主轉為透射為主,更多光線穿透水膜進入纖維內部,被大量吸收,反射回人眼的光線則大幅減少。因此,被浸濕的布料顏色看起來自然變得更暗更深。
對於書法愛好者來說,文房四寶花費不菲,很多初學者會選擇水寫布來練字。毛筆上的水沾濕布後,布會變得透明,透出下面那一層的深色來,看起來跟墨汁有七八分相似。
其實,不僅布或紙巾如此,粗糙的地面也類似。比如很多公園都能見到大爺大媽以地為紙,以水為墨,彎腰揮毫。這是因為,毛筆上附帶的水分子填平了粗糙地表上的微小縫隙,使透射光線增加,漫反射的光線減少,顯出了深色。
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魚缸旁邊為何會出現彩虹?
在陽光明媚的午後,魚缸的水面常會折射出彩虹般色彩的光芒,仿佛水中藏匿着一塊神奇的稜鏡。這一現象是光與水共同演繹的「視覺魔術」。
白光是複色光,由七種不同顏色的單色光組成(紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫)。當光線穿過水麵時,不同波長的光因折射率差異而發生分離,這一過程稱為色散。魚缸的曲面玻璃或水中懸浮的微小顆粒(如氣泡、灰塵)會加劇色散效應,使分散的彩色光線更易被肉眼捕捉。這讓魚缸周圍經常出現彩虹的投影。
順便再多說一句,有時咱們養魚如果照顧不周管理不善,可能導致水面出現「彩虹色」的反光,細看會發現有一層油狀的薄膜。這層薄膜可能來源於魚飼料、魚的分泌物和排泄物,光線在這層膜上下表面反射後會產生干涉現象。當兩束反射光波的相位差滿足特定條件時,某些顏色的光會被增強,另一些則被抵消,形成斑斕的彩色條紋。這與肥皂泡表面的彩虹色原理如出一轍。
區區幾滴水,解決大問題
有些儀器、設備、藥品,在運輸或存儲的時候,必須保持乾燥,一旦進水或受潮,就有損壞的風險。但我們又怎麼知道它們是否進水受潮呢?用帶濕度傳感器的電子設備來監控、押運人員全程陪同這些都是辦法,但成本有點高,而靠水本身就能輕鬆解決這個問題。
原來,某些防水標籤或用於檢測水分子的試紙,接觸水或置於潮濕環境後會變色,這並非簡單的潤濕現象,而是水觸發了分子層面的「化學開關」。
水是一種極性分子,也是極好的溶劑。當離子化合物進入水中,會在水分子的作用下發生解離,並與水分子發生水合反應。以常見的氯化亞鈷(CoCl₂)為例,在無水狀態下,CoCl₂呈現為藍色,而遇水後,會發生水合反應,形成 CoCl₂·6H₂O(六水合氯化亞鈷),顏色就變成了粉紅色。
氯化亞鈷試紙,右邊的接觸了水來自 wiki
這一反應是可逆的,當我們把水合氯化亞鈷烘乾後,水分子脫離,顏色也會隨即恢復為藍色。如果配合其他成分,標籤就能實現永久變色。而無水硫酸銅也會因為水分的存在,水合變成五水合硫酸銅,顏色也從白變藍,起到指示作用。
還有些標籤使用酸鹼指示劑(如石蕊)。乾燥時,標籤塗層處於中性或無水環境;遇水後,水作為溶劑,溶解酸性或鹼性物質,激活指示劑,則會引發顏色變化。此類標籤廣泛用於藥品防潮、食品包裝密封性檢測等領域。
水本無色,卻有能力悄悄改變周圍事物的色彩。布料浸濕顏色變深,魚缸折射出彩虹,標籤遇水變色——這些常見現象的背後,則是水的種種理化性質。