核心概念
化學
物理學
反應速率
顏色
引言
你有沒有想過，為什麼髒衣服從洗衣機裡拿出來會變得又白又幹淨？是什麼讓所有的汙漬都消失了？答案是漂白劑——一種存在於大多數洗衣粉中的成分。漂白劑負責洗滌過程中發生的增白效果，並去除大部分汙漬。但它是如何工作的呢？在這個科學活動中，你將透過漂白劑的力量讓食用色素消失來找出答案！
背景
首先要問的問題是，到底是什麼造成了汙漬？當然，有很多答案，包括番茄醬、糖漿或草——但是什麼讓番茄醬的汙漬呈紅色，糖漿的汙漬呈棕色，草的汙漬呈綠色？簡單的答案是，顏色來自番茄醬、糖漿或草的組成成分，即它們的分子。一些分子可以充當染料，它們具有吸收可見波長範圍（400-700奈米）內的光的能力。當光與這種分子相互作用時，部分光譜會被其化學結構吸收。沒有被吸收的波長會被反射，這導致我們看到那些特定的波長（如果它們落在可見光譜中）。例如，草之所以呈現綠色，是因為它的分子吸收了除綠色範圍外的所有波長。
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呈現某種顏色的化學分子通常在其化學結構中含有髮色團，它們能夠吸收可見波長範圍內的光（而不是不可見的光譜）。通常，髮色團是芳香族化合物或含有交替單鍵和雙鍵系列的分子。藍色1（亮藍色）、紅色3（赤蘚紅）或黃色5（檸檬黃）等食用色素就是這種化合物的好例子。然而，問題仍然存在：漂白劑如何去除汙漬中這些產生顏色的髮色團？
大多數家用漂白劑都以氯為基礎，含有次氯酸鈉（NaClO）。這是一種氧化劑，會引起反應形成另一種化合物。在氧化過程中，氧化劑從其反應夥伴中移除一個或多個電子。這意味著當漂白劑與“汙漬分子”反應時，氧化反應會改變髮色團的化學結構。由此產生的分子要麼不再含有髮色團，要麼髮色團不再能夠吸收可見範圍內的光。在這兩種情況下，反應產物都不會顯示顏色，汙漬就神奇地消失了。想親自看看嗎？那麼做這個活動，觀看食用色素變成無色！
材料
圍裙
安全眼鏡
量杯
自來水（冷水）
美紋紙膠帶
筆
五個可容納 500 毫升的玻璃杯或碗
液體食用色素（綠色、黃色、藍色和紅色）
六個可容納 100 毫升的玻璃杯或杯子
漂白劑（約含 8-9% 次氯酸鈉）
滴管
茶匙
紙巾
成人助手
微波爐、計時器、額外的碗和玻璃杯（可選）
準備工作
選擇一個通風良好的工作區域，以及可以容忍少量食用色素和漂白劑溢位的表面。
戴上安全眼鏡和圍裙，以保護自己免受任何顏色和漂白劑的溢位。
用筆和美紋紙膠帶，將所有五個 500 毫升的碗或玻璃杯從 1 到 5 標記好。
使用量杯，將所有五個碗/玻璃杯裝滿 500 毫升（約兩杯）冷自來水。
在 1 號玻璃杯中，加入兩滴藍色食用色素。用勺子混合溶液，直到所有顏色均勻分佈。
在 2 號玻璃杯中，加入兩滴紅色食用色素。再次，用勺子混合。
在 3 號玻璃杯中，加入兩滴黃色食用色素，並用勺子混合。
在 4 號玻璃杯中，加入兩滴綠色食用色素。再次，用勺子混合。
在 5 號玻璃杯中，加入一滴紅色和一滴黃色食用色素。混合後的顏色應為橙色。
再次使用量杯，將每種五種溶液的 100 毫升（約半杯）轉移到五個單獨的玻璃杯中。在顏色之間快速沖洗量杯。
在一個單獨的玻璃杯中，倒入或讓成人助手倒入少量漂白劑。小心不要溢位任何東西或將漂白劑沾到皮膚上。如果表面發生溢位，請立即用溼紙巾擦掉。如果您將一些漂白劑沾到皮膚上，請立即用大量水清洗受影響的區域。
步驟
將五個裝有不同顏色溶液的玻璃杯並排放置在桌子上。不同顏色的強度如何？
拿起滴管，小心地吸取少量漂白劑溶液。然後慢慢地向裝有黃色溶液的杯子中加入三滴漂白劑。小心地稍微旋轉杯子。你旋轉杯子後，黃色溶液會發生什麼變化？顏色會改變嗎？反應發生的速度有多快？
接下來，向橙色溶液中加入三滴漂白劑並旋轉杯子。加入漂白劑後，溶液是什麼顏色？溶液會變成無色嗎？
重複將漂白劑（三滴）新增到綠色食用色素溶液中。之後旋轉杯子。這次顏色如何變化？
繼續向藍色和紅色溶液中加入三滴漂白劑溶液。小心地旋轉杯子並觀察兩者。這些杯子裡的顏色會發生什麼變化？它們保持不變還是改變？反應發生得快還是慢？
加入漂白劑後，比較每個杯子的顏色。你注意到了什麼？是否有任何顏色相同或它們都不同？你能解釋你的結果嗎？
對於此時活動中仍含有有色溶液的每個杯子，加入一整茶匙漂白劑（約五毫升）。之後旋轉每個杯子。你看到發生任何變化嗎？顏色正在消失嗎？哪種顏色變化最快？
重複向杯子中加入漂白劑，直到所有溶液都變成無色。你是否必須向一種有色溶液中新增比另一種更多的漂白劑？
額外：準備一個額外的碗，裝入 500 毫升的冷自來水。加入一滴藍色和一滴紅色食用色素，製成紫色溶液。然後用滴管向該溶液中加入三滴漂白劑。根據你之前的觀察，你期望看到什麼顏色變化？反應發生的速度有多快？你必須新增多少漂白劑才能去除溶液中的所有顏色？
額外：透過將溶液倒入水槽並用水沖洗杯子，清理測試中所有 100 毫升的玻璃杯。然後用準備工作中剩餘的藍色食用色素溶液填充兩個杯子，每個杯子 100 毫升。將其中一個杯子在微波爐中加熱約 30 秒使其稍微變熱。將冷熱食用色素溶液並排放在一起，並向每個杯子中加入約 20 滴漂白劑。兩個杯子中的顏色如何變化？它們是否因溶液是熱的還是冷的而反應不同？有什麼不同？
額外：用所有顏色重複此活動，但這次同時向每種顏色中加入一茶匙漂白劑。然後啟動計時器，測量每種顏色消失需要多長時間。哪種顏色被去除得最快，哪種溶液變成無色需要的時間最長？你能解釋你的觀察結果嗎？
觀察和結果
你是否成功地使所有不同的顏色都消失了？很可能，是的。所有食用色素都是在其化學結構中具有大量髮色團的分子，這使得它們呈現藍色、紅色或黃色。當向每種顏色中加入三滴漂白劑時，你可能已經注意到，黃色溶液在旋轉杯子後幾乎立即變成無色。這是由於上述漂白劑的氧化能力，它會破壞化學鍵並改變染料的化學結構，使其無法再吸收可見光譜中的光。然而，藍色和紅色溶液在加入漂白劑後並沒有立即變成無色，並在之後相當長的時間內保持可見的色調。原因是每個化學反應都以不同的速率發生。黃色與漂白劑的反應非常快，這就是你看到它立即變成無色的原因。藍色和紅色溶液中的染料藍色1和紅色3的反應速度要慢得多。儘管顏色變化沒有立即發生，但你應該看到過一段時間後，這些顏色也逐漸褪色。
橙色和綠色以及紫色是兩種不同顏色的混合物。一旦向這些溶液中加入漂白劑，混合物中的一種顏色與次氯酸鹽的反應速度將快於另一種顏色，這就是為什麼一種顏色成分消失而另一種顏色成分仍然可見的原因。例如，橙色是黃色和紅色的混合物——由於黃色被氧化得更快，橙色溶液會變成紅色。同樣，綠色溶液是藍色和黃色的混合物，在黃色染料被氧化後會變成藍色。如果你做了紫色溶液的額外步驟，你應該觀察到溶液變成藍色，因為紅色染料與漂白劑的反應速度快於藍色染料。如果你測量了每種顏色消失需要多長時間，你應該發現黃色被氧化得最快，其次是紅色，然後是藍色。
加速化學反應的一種方法是新增更多反應物，這就是為什麼如果你向溶液中新增更多漂白劑，藍色和紅色會更快消失的原因。提高反應速率的另一種方法是提高溫度。一旦你加熱藍色食用色素溶液，即使你加入相同量的漂白劑，顏色消失的速度也會比冷溶液快得多。
清理
你可以將所有顏色溶液（包括你新增漂白劑的溶液）倒入水槽中。在將所有溶液倒入水槽後，讓水再流 30 秒。用溼紙巾擦拭你的工作區域。
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