沙垒是一种儿戏,用干沙或含水量多的沙都筑不成沙垒,只有湿沙才能筑成,沙垒筑成后,一定那干燥即崩溃,要使沙垒保持原来的形状,就得小心浇水,使它保持一定程度的湿度,是什么力量使沙垒能保持不散呢? 湿沙含有一定量的水,水一般是作为润滑剂使用的,它怎么又能增加沙子的粘性呢?
有人认为,沙垒是由于沙水中的表面张力而结合在一起的,水分子具有一个永恒的电偶极,被称为极性分子,这些电偶极相互吸引,在水与空气的界面上,相邻水分子的相互吸引使得水表面实际上处于紧张状态,相互吸引产生的合力,使水表面弯曲,在沙垒表米那,这个合力是有助于沙的稳固的,然而,在没有
空气界面的沙垒内部,杀也同样稳固,虽然内部的水分子通过其电偶极的电场相互吸引,但这种引力很弱,它无助于沙的稳固,不足以阻止它的流动,因此,这种解说是不能令人满意的,那么,沙子在潮湿时黏结的力究竟是怎么产生的呢?
一颗湿的沙粒表面存在正负两种离子,通常这两种离子成对地组合,其中一个比另一个离沙粒表面稍远些。究竟哪个离子在外,这在沙粒表面上处处各异的,两种取向的离子在沙粒周围的空间产生了一个电场。
负离子中,负电荷比正电荷多,其带负电的电子云朝着邻近的正离子方向,稍微偏离它的带正点的原子核,这样,形成电偶极。它在沙粒表面以外形成一个较弱的电场。而表面上的正离子缺少负电荷,且它的电荷并不想负离子那样发生分离。因此,它的电场,是一个点电荷产生的电场,这个电场比电偶极所产生的电场要强,由此可见,一个杀粒周围的电场主要由于沙粒表面的正离子产生的。
沙粒周围的电场,改变了离沙粒表面较远的水分子中的氢核的平均距离。临近表面的水层相对地具有负电性;而远离表面的水层相对具有正电性。从负电性到正电性的变迁是渐进的,这一现象,称为电的双层扩散。
水的稳定趋势,随着离开沙粒表面的距离增加而减弱,当沙粒间的水量过大使湿沙流动时,它就不能用来构筑沙垒了,尽管沙粒周围相对带负电的水,仍然吸引着离沙较远的相对带正电的水,但是水把沙粒分离的太远了。这种黏度较小的水流动着,它不能阻止沙粒极其周围相对带电的水的相互滑动,因此,含水过多的沙是筑不起杀垒的。