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介绍

夏天常常会有美丽的烟花表演。然而你通常是仰望天空看烟花,在这项活动中,我们将用化学方法让色彩在水下爆发。虽然它和真正的烟花不完全一样,但你会惊讶于你所看到的色彩爆炸。好奇那看起来是什么样子?在这个活动中亲自看看吧!

背景

你大概已经知道水和油不能混合。但为什么会这样?一些液体能混合成为均匀的混合物然而一些却不行。这取决于它们的相容性。一种液体能否与另一种混合取决于它们各自的分子结构。分子可以分为极性和非极性两类。当原子聚集在一起形成分子,它们共同在化学键中带负电荷的电子。有时,一个原子比另一个原子吸引更多的电子,这就导致电荷在在分子中轻微地分离成正负极,也被称为电偶极子。当这种情况发生时,分子通常是极性的。电荷平衡相等的分子是非极性的。

第 1 段(可获 2.34 积分)

一个简单的规则“相似溶解于相似”,可以告诉你液体是否会混合。这意味着有相似极性的液体可以混合,而那些极性不同的液体不能混合。水是极性液体,这意味着它的分子有电偶极子。另一方面油是非极性的,这就是为什么它们不能与水混合。当液体不混合时,它们彼此分离形成两个独立的层,哪一层在上取决于每种液体的密度。密度是每单位体积质量的量度,这意味着较重的液体会沉在底部,而较轻的液体会浮在上面。在这个活动中,你将利用液体的这些性质在水里创造出美丽的色彩爆炸,就像天空中的焰火一样!

第 2 段(可获 1.76 积分)

材料

  • 两个透明玻璃杯(或杯子)
  • 食用油(如蔬菜或油菜籽)
  • 叉子
  • 勺子
  • 食用色素(任何颜色)
  • 医用滴管或吸管
  • 两个小碗
  • 汤匙
  • 一个能容许食物着色、水和油溢出的工作区域。

准备

  • 一个杯子装满室温的水。
  • 领一个杯子装满油。

过程

  • 在一个小碗中加入一汤匙油和一汤匙食用色素。用叉子搅和两种液体。你搅拌后液体看起来如何?这两种液体混合了吗?
  • 将盛水的玻璃杯放在这个小碗旁边。用医用滴管或吸管吸取一些油和食用色素的混合物,然后小心地滴一滴在水里。当这滴液体滴进水里时发生了什么?它沉到杯底还是浮在顶部?
  • 在水里加入更多滴混合物直到小碗变空。食用色素改变了水的颜色吗?它看起来如何?水完全改变颜色花了多长时间?
  • 用勺子或叉子搅拌玻璃杯中的液体。混合后的溶液看起来有不同吗?
  • 清洗滴管或吸管。
  • 在第二个小碗中加入一汤匙水和一汤匙食用色素。再一次,用叉子搅和两种液体。搅拌后溶液看起来如何?这两溶液体能混溶吗?
  • 将盛油的玻璃杯放在这个小碗旁。用清洗过的滴管或吸管吸取一些水和食用色素的混合物,然后小心地滴一滴进油里。这一次滴入的液体出现了什么状况?它浮起来还是沉下去?
  • 在油中加入更多的水和食用色素的混合液体。油因为食用色素改变颜色了吗?混合物看起来如何?
  • 最后,用勺子或叉子搅拌油杯里的液体。搅拌过后溶液看起来有何不同?
  • 额外的:为了制造更加多样化的色彩爆炸,在小碗中加入各种食用色素和油。然后用叉子把食用色素混入油中。这一次不用滴管,而是小心地将整个食用色素混合物倒入水中,在水下制造出多重颜色的“爆炸”。 水杯中的油和食用色素的混合物会发生什么呢?
  • 额外的:把这个活动变成自制熔岩灯!用一个1升或2升的塑料空瓶,装入大约两英寸的水。加入几滴食用色素,然后用植物油填满瓶子的剩余部分。 接着加入约四分之一的苏打水片。当你添加苏打水片时油和食用色素的混合物发生了什么?
  • 额外的:  不用水和油,试着把食用色素和油与其他液体混合起来。当你把油和食用色素的混合物加入另一种液体例如50%异丙醇时,你认为会发生什么?油或者食用色素会和酒精混合吗?你看到液体分层了吗?
第 3 段(可获 6.78 积分)

观察和结果

正如你可能经历过的,油和食用色素不能很好地混合。这是因为食用色素是极性液体而油是非极性的。如果你搅拌两种液体,你会看到许多小滴食用色素分散在油中,但两种液体不会混合。当你把这种混合物加入到水里时,油也不会与水混合,因为水也是一种极性物质。油会在水的上面形成单独的一层——油比水密度较低(或较轻)。食用色素也比油重并且能与水混合,会沉到油滴或油层的底部。一旦到达油--水界面,它将通过一种叫做扩散的过程开始与水分子混合。

第 4 段(可获 1.8 积分)

这意味着食用色素分子在水中从高浓度转移到低浓度的食用色素。这就是为什么你不会看到所有的水立刻改变颜色,但可以看到部分仍然清澈的水和其他变色的水缓慢混合。水中的色彩爆炸和食用色素的痕迹可能会使你想起,烟花在空中绽放然后慢慢落到地面。当你用叉子或勺子搅拌溶液,所有的食用色素分子均匀地分布在水里,整个溶液就变成彩色的。

第 5 段(可获 1.29 积分)

另一方面,如果你把食用色素和水混合,两种液体将立即混合。当你把一滴这种混合液加入盛油的玻璃杯时,你会看到这滴混合液一直沉到杯底,因为水比油密度大。同时食用色素仍然与水混合而不与油混合。即使用勺子或叉子搅拌溶液,两种液体仍然是分离的。如果你做了额外的活动,你可以用这个效果制作出自己的熔岩灯!

清理

你可以把水和食用色素倒进下水道。将所有用过的油收集到可密封的容器中(例如自封袋)并且密封好。然后和常规垃圾一起扔掉整个容器。

第 6 段(可获 1.8 积分)

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