文档结构  
翻译进度:已翻译     翻译赏金:0 元 (?)    ¥ 我要打赏

引言

你有没有想过,为什么你的脏衣服从洗衣机出来时,会变白、变干净?是什么去掉了所有的污渍?这个问题的答案是漂白剂——一种在大多数洗衣用洗涤剂中都存在的成分。漂白剂负责在洗涤过程中,去掉大部分污渍,达到美白的效果。但它是如何工作的呢?在这个科学活动中,你会发现,用漂白粉能去掉食物的颜色!

背景

要问的第一个问题是,污渍究竟是怎么形成的?当然,会有很多种回答,其中包括番茄酱、糖浆或青草——但为什么番茄酱污渍是红色的,糖浆污渍是棕色的,而青草污渍是绿色的呢?答案很简单,颜色来自构成番茄酱、糖浆或青草的分子。有些分子可以被当作染料,它们有能力吸收光线中波长范围(400 - 700纳米)的可见光。当光线与这样的分子相互作用时,光谱的一部分被分子的化学结构吸收。不被吸收的波长,反而会被反射出来,这就导致我们能看到这些特定的波长(如果它们落在可见光谱内)。比如说,青草对我们来说是绿色的,那是因为青草分子吸收了除了绿色系以外的所有波长。

第 1 段(可获 2.78 积分)

带某种颜色的化学分子,在它们的化学结构中通常含有显色团,它能够吸收可见光波长范围内的光(而不是不可见光谱)。很多时候,显色团是芳香族化合物、或者含有一系列单双键交替的分子。食用色素,例如1号蓝(亮蓝色)、3号红(赤藓红)或者5号黄(柠檬黄),是这类化合物中很好的例子。然而,问题仍然存在:漂白剂是如何去掉污渍中的染色显色团的呢?

第 2 段(可获 1.08 积分)

大多数家用漂白剂,是氯基的且含有次氯酸钠(NaClO)。这是一种氧化剂,它会导致形成另一种化合物的反应。在氧化过程中,氧化剂从其反应伙伴中移除一个或多个电子。这意味着,当漂白剂与“染色剂分子”发生反应时,氧化反应改变了显色团的化学结构。由此产生的分子,要么不再包含显色团了,要么显色团不再能够吸收可见光范围内的光了。在这两种情况下,反应产物都不会有颜色,而且污渍魔法般的消失了。想自己来看看吗?那么尝试这个活动,看看食物的颜色是怎么变成无色的!

第 3 段(可获 1.44 积分)

材料

  • 围裙
  • 护目镜
  • 量杯
  • 自来水(冷的)
  • 遮蔽胶带
  • 五个杯子或碗,能装500毫升的
  • 液体食用色素(绿色、黄色、蓝色和红色)
  • 六个杯子,能装100毫升的
  • 漂白洗涤剂(约含8-9 %次氯酸钠)
  • 医用滴管
  • 茶匙
  • 纸巾
  • 成年助手
  • 微波炉,定时器,额外的碗和玻璃杯(可选)

准备工作

  • 选择一个通风良好的工作区和一块平整的表面, 即使食物色素、漂白剂洒出来也没关系。
  • 带好护目镜、围裙,避免受到色素或者漂白剂泄漏后的伤害。
  • 用笔和胶带,在所有的500毫升的五个碗或玻璃杯上做好标签,从1到5。
  • 用量杯给五个碗或玻璃杯内,倒上500毫升(约两杯)的冷自来水。
  • 在1号玻璃杯中,加入2滴蓝色食用色素。用勺子搅拌溶液,直到所有的颜色都均匀分布。
  • 在2号玻璃杯中,加入2滴红色食用色素。同样,用勺子搅拌溶液。
  • 在3号玻璃杯中,加入2滴黄色食用色素,并用勺子搅拌溶液。
  • 在4号玻璃杯中,加入2滴绿色食用色素。同样,用勺子搅拌溶液。
  • 在5号玻璃杯中,加入2滴红色食用色素和1滴黄色食用色素。混合后的最终颜色应该是橙色。
  • 再次使用量杯,将 100毫升(约半杯)的5种染色溶液分别转移到另外5个杯子中。每次用量杯取染色溶液之前,快速地冲洗一下量杯。
  • 在第6个杯子中,倒入或请大人助手倒入一点漂白剂。注意不要洒出来,或者弄到皮肤上。 如果洒到台面上,立即用湿纸巾擦干净。如果把漂白剂溅到皮肤上,立即用大量的水冲洗被溅到的区域。
第 4 段(可获 3.94 积分)

过程

  • 将装有不同染色溶液的5个杯子,紧挨着放在桌子上。不同的颜色之间,对比强烈吗?
  • 拿起滴管,小心地吸取少许漂白剂溶液。然后,慢慢地向装有黄色溶液的杯子中加入3滴漂白剂。小心地轻旋杯子。在你晃动杯子后,黄色溶液发生了什么变化?颜色改变了吗?反应速度快吗?
  • 然后,向装有橙色溶液的杯子中加入3滴漂白剂,并晃动杯子。加入漂白剂后,溶液是什么颜色的?溶液变成无色的了吗?
  • 向绿色溶液中加入漂白剂(3滴)。然后晃动杯子。这次颜色是怎么变化的?
  • 继续向蓝色溶液和红色溶液中加入3滴漂白剂。小心地晃动杯子,并观察这两个杯子。这些杯子里的颜色会发生什么变化?颜色保持不变,还是变了? 反应发生得快,还是慢?
  • 比较加入漂白剂后每个杯子的颜色。你注意到了什么?它们的颜色是一样的吗,还是都不同? 你能解释一下这个结果吗?
  • 这个时候,有的杯子里还有剩下的染色溶液,向每个杯子里都加入满满一茶匙的漂白剂(大概有5毫升)。然后晃动每个杯子。 你看到发生了什么变化吗?颜色消失了吗?哪种颜色变化最快?
  • 继续向杯子里添加漂白剂,直到所有的溶液都变成无色。与其它颜色相比,你有向某种颜色溶液中加入更多的漂白剂吗?
  • 补充:准备一个碗,装入500毫升的冷自来水。 加入1滴蓝色食用色素和1滴红色色素,使溶液变成紫色。然后向这个溶液中,用医用滴管加入3滴漂白剂。根据前面的观察,你预测会变成什么颜色?反应发生的有多快? 要去掉溶液中的所有颜色,还需要加入多少漂白剂?
  • 补充:将所有100毫升玻璃杯中的溶液倒入水池,并用水将它们清洗干净。然后,向2杯子中各装入100毫升准备工作中剩下的蓝色溶液。将其中1杯放入微波炉,加热约30秒,让它的温度稍稍升高一点。将装有冷溶液的杯子和热溶液的杯子放在一块,然后向杯子中各加入约20滴漂白剂。2个杯子里的颜色有什么变化?冷杯子和热杯子中的反应一样么?有什么不同?
  • 补充:用所有颜色重复这次活动,但这一次,同时向每种染色溶液中加入一茶匙漂白剂。然后启动计时器,观测每种颜色需要多长时间才能消失。哪种溶液褪去颜色最快,哪种需要时间最长才能变成无色?你能解释你的观察吗?
第 5 段(可获 6.36 积分)

观察和结果

你成功的让所有不同的颜色消失了吗?很有可能,是的。所有的食用色素,都是化学结构中有大量显色团的分子,这让它们看起来是蓝色的、红色的或者黄色的。当每种染色溶剂中加入3滴漂白剂时,你应该注意到,在晃动杯子后,黄色溶液几乎立即变成无色的。这是由于漂白剂的上述氧化能力可以打开化学键,并改变染料的化学结构,这样它再也无法吸收可见光谱中的光。然而, 蓝色和红色的解决方案,在加入漂白剂后没有马上变成无色的,而且在之后的一段时间里保持着可见的色调。 这样的原因是每个化学反应都有不同的反应速率。黄色溶液与漂白剂发生的反应速率很快,这就是为什么你看到它很快就变成无色的。1号蓝和3号红,蓝色和红色溶液中的色素,它们的反应速度慢得多。虽然颜色没有立即发生变化,但一段时间后,你应该看到这些颜色也消失了。

第 6 段(可获 2.43 积分)

橙色和绿色,以及紫色,是两种不同颜色的混合物。一旦把漂白剂加入到这些溶液中,混合物中的一种颜色会比另一种更迅速地与次氯酸盐发生反应,这就是为什么一种颜色成分消失,而另一个却仍然可见。举个例子,橙色,是黄色和红色的混合物——因为黄色被氧化得更快,橙色溶液会变红。同样,绿色的溶液,这是蓝色和黄色的混合物,在黄色染料被氧化后会变蓝。如果你对紫色溶液进行了补充的步骤,你应该观察到溶液变成了蓝色的,因为红色染料与漂白剂的反应速度比蓝色染料快。如果你测量了让每种颜色消失需要多长时间,你会发现,黄色被氧化最快,其次是红色,再然后是蓝色。

第 7 段(可获 1.93 积分)

添加更多的反应物,是加快化学反应的一种方法,这就是为什么如果你添加更多的漂白剂溶液之后,蓝色和红色消失得更快的原因。另一种方法增加反应速率的办法是升高温度。即使你添加了相同数量的漂白剂,一旦你将蓝色染色溶液加热,跟冷的染色溶液相比,热的蓝色溶液颜色消失得要快很多。

善后工作

你可以将所有的染色溶液(包括加入了漂白剂的溶液)倒入水池里。在将所有的溶液倒入水池后,打开水龙头再冲洗30秒钟。用湿纸巾把工作区域擦干净。

第 8 段(可获 1.48 积分)

文章评论