主要概念
物質
膠體溶液
物理特性
物質狀態
導言
你是否曾經好奇過攪打奶油、果凍和牛奶有什麼共同之處？除了都美味之外，它們也都是由分散在水中的微小固體顆粒組成的。這種混合物稱為膠體溶液。膠體溶液具有一些非常有趣的物理特性，例如同時表現得像固體和液體！在這個活動中，你將建立一個用玉米澱粉和水製成的膠體溶液，然後親身體驗這些特性。
背景
膠體溶液（也稱為膠體懸浮液）包含直徑為1到1000奈米的微小顆粒。（奈米非常小——一根人類頭髮的寬度約為100,000奈米！）在這個活動中，使用的顆粒是玉米澱粉，它們均勻地分散在一定量的水中。這些顆粒非常小，肉眼無法看到，當你觀察膠體溶液時，它看起來是均勻的。然而，如果你在顯微鏡下觀察它，它看起來會是異質的，或者像是混合在一起的東西。
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擁有合適的粒徑對於製作膠體溶液至關重要。如果使用較小的顆粒，它們會溶解在水中並且不可見，即使使用顯微鏡也是如此。例如，想想糖如何溶解在水中，形成均勻的溶液。另一方面，如果使用較大的顆粒，例如沙粒，它們不會溶解在水中。相反，它們與水分離，並且體積太大，形成肉眼可見的異質顆粒混合物。玉米澱粉顆粒的大小（直徑約為100到800奈米）正好適合與水製成膠體溶液。
材料
• 小碗或杯子
• 玉米澱粉
• 杯子、馬克杯或玻璃杯
• 水
• 滴管
• 叉子
準備
• 將一湯匙玉米澱粉加入小碗或杯子中。
• 用水裝滿空的杯子、馬克杯或玻璃杯。
步驟
• 使用滴管將杯中的水滴入盛有玉米澱粉的小碗中。一次滴一滴水，邊滴邊數。當水接觸到玉米澱粉時會發生什麼？
• 加入 20 滴水後，用叉子攪拌玉米澱粉。打散任何形成的結塊。
• 繼續一次加一滴，每加 20 滴後用叉子攪拌。當你加入更多水時會發生什麼？
• 一旦總共加入了 100 滴水，請停下來觀察玉米澱粉。它看起來怎麼樣？它發生了什麼變化？
• 繼續加水，但現在每加 10 滴後混合玉米澱粉。
• 當所有玉米澱粉都像液體一樣流動在一起時，停止加水。總共可能需要大約 150 到 170 滴水。你用了多少滴？你如何描述溶液的外觀？
• 在碗裡玩弄溶液。用手指戳它，把它放在叉子上或手上。它是如何移動的？感覺如何？你認為這告訴你關於膠體溶液及其物理特性的什麼資訊？提示：如果在你研究它時它看起來變得粉狀，請嘗試加入並混合更多的水。
• 額外：除了玉米澱粉之外，膠體溶液還可以用其他常見的物品製成，例如其他澱粉（例如，馬鈴薯、木薯和米澱粉）以及明膠。嘗試用其他物質製作膠體溶液。這些與用玉米澱粉製成的膠體溶液相比如何？
• 額外：澱粉通常用於製作凝膠。嘗試加熱溶液，看看會發生什麼。它發生了什麼變化？您是否可以觀察到新的物理特性？
• 額外：當粘土土壤中含有適量的水時，它的行為類似於膠體材料。您可以嘗試製作膠體粘土土壤溶液，並測試不同力對其的影響。膠體溶液在受到強大的向下力時會呈現固態，但對向側面推的橫向力則很弱。你的膠體溶液在哪個方向最弱？如果你的樣品是現實世界中的粘土土壤，這會如何導致山體滑坡或地震？觀察和結果
玉米澱粉溶液是否類似於粘稠的白色液體？當您按壓它時，它是否會變成堅硬的固體，但在允許其自由移動時，它是否會變成液體？
膠體溶液可以同時表現得像固體和液體。你製作的膠體溶液的行為不像典型的固體或典型的液體。物質的相，如液體、氣體、固體和等離子體，是物質的物理特性。玉米澱粉溶液是一種非牛頓流體，這意味著它的行為不像牛頓流體。當大多數液體受到橫向剪下力（例如用手指向下按壓它們）時，它們會移開。液體也會有相應的反應，這意味著如果你用力按壓，它們會更快地移開。液體的粘度，或對流動的阻力，不會改變。水和大多數流體都是牛頓流體，並以這種方式表現。然而，由於玉米澱粉溶液是非牛頓流體，你應該看到它的行為不像這樣。當你對它施加壓力時，例如透過向下按壓或用叉子戳它，它會透過變得更硬來做出反應，變為固態。當你不對其施加壓力時，例如簡單地將其握在手中，它會再次改變其狀態，這次變成流動的液體。
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