關鍵概念
化學
溶液
互溶性
密度
介紹
夏天經常帶來美麗的煙花表演。通常你抬頭仰望天空觀看煙花，但在這次活動中，我們將用化學原理把色彩的爆發帶到水下。雖然這與真正的煙花不完全相同，但你會被你將看到的色彩爆炸所震驚。想知道那是什麼樣子的嗎？在這個活動中親自看看吧！
背景
你可能已經知道油和水不混合。但這是為什麼呢？有些液體混合後會變成均勻混合物，而另一些則不會。這取決於它們的互溶性。一種液體是否與另一種液體混合取決於它們各自的分子結構。分子可以分為極性和非極性分子。當原子結合形成分子時，它們在化學鍵中共享帶負電的電子。有時，一個原子比另一個原子更吸引電子，這導致分子內電荷略微分離成正極和負極，也稱為電偶極子。當這種情況發生時，分子通常是極性的。具有相等電荷平衡的分子是非極性的。
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一個簡單的規則，“相似相溶”，可以告訴你液體是否會混合。這意味著具有相似極性的液體是互溶的，而那些具有不同極性的液體則不混合。水是極性液體，這意味著其分子具有電偶極子。另一方面，油是非極性的，這就是為什麼它們與水混合不好。當液體不混合時，它們會分離以在彼此之上形成兩個獨立的層。哪一層在上面取決於每種液體的密度。密度是單位體積的質量的度量，這意味著較重的液體會沉到底部，而較輕的液體會漂浮在頂部。在這個活動中，你將利用液體的這些特性在水中創造出類似天空中煙花的絢麗色彩爆炸！
材料
兩個透明玻璃杯（或杯子）
食用油（如植物油或菜籽油）
水
叉子
勺子
食用色素（任何顏色）
滴管或移液管
兩個小碗
湯匙
一個可以容忍食用色素、水和油 spills 的工作區域。
準備
將其中一個杯子裝滿室溫水。
將另一個杯子裝滿油。
步驟
在其中一個小碗中加入一湯匙油和一湯匙食用色素。用叉子混合兩種液體。 混合兩種溶液後，液體看起來如何？兩種液體混合了嗎？
拿起裝水的玻璃杯，放在小碗旁邊。用滴管或移液管吸取一些油-食用色素混合物，小心地滴一滴到玻璃杯的水中。 當液滴落入水中時會發生什麼？液滴漂浮在水面上還是沉到玻璃杯底部？
向水中新增更多混合物，直到你的小碗空了。 食用色素改變了水的顏色嗎？它看起來如何？水完全變色需要多長時間？
用勺子或叉子混合水杯中的內容物。 混合後溶液看起來有什麼不同嗎？
清潔滴管或移液管。
在第二個小碗中加入一湯匙水和一湯匙食用色素。再次，用叉子混合兩種液體。 混合後，這種溶液看起來如何？兩種液體互溶嗎？
拿起裝油的玻璃杯，放在小碗旁邊。用清潔過的滴管或移液管吸取一些水-食用色素混合物，小心地滴一滴到油中。 這次液滴會發生什麼？它會漂浮還是下沉？
向油中新增更多的水-食用色素液體。 油會因為食用色素而改變顏色嗎？混合物看起來如何？
最後，用勺子或叉子混合油杯中的內容物。 混合後溶液看起來有什麼不同嗎？
額外：要創造更多樣化的色彩爆炸，在一個小碗中加入一系列食用色素和油。然後用叉子將食用色素滴入油中混合。這次，不要使用滴管，而是小心地將整個油-食用色素混合物倒入水杯中，以創造多個水下“爆炸”的色彩。 油-食用色素混合物在水杯中會發生什麼？
額外：將此活動變成自制熔岩燈！使用一個空的 1 或 2 升塑膠瓶，裝入大約兩英寸的水。加入幾滴食用色素，然後用植物油裝滿瓶子的其餘部分。然後加入大約四分之一片的 Alka-Seltzer 泡騰片。 當你加入 Alka-Seltzer 泡騰片時，油和食用色素會發生什麼？
額外：不要使用水和油，嘗試將食用色素和油與其他液體混合。你認為當你將油-食用色素混合物新增到另一種液體（如 50% 異丙醇）中會發生什麼？ 油或食用色素與酒精混合嗎？你看到液體分層了嗎？
觀察和結果
正如你可能經歷的那樣，油和食用色素混合不好。這是因為食用色素是極性液體，而油是非極性的。如果你將兩者混合，你會看到許多分散在油中的小食用色素液滴，但兩種液體不會混合。當你將這種混合物新增到玻璃杯中的水中時，油仍然不會與水混合，因為水也是一種極性物質。油會在水面上形成一個單獨的層——油的密度比水小（或更輕）。食用色素也比油重，並且能夠與水混合，它會沉到油滴或油層的底部。一旦它到達油水介面，它將透過稱為擴散的過程開始與水分子混合。
這意味著食用色素分子從水中食用色素的高濃度區域移動到低濃度區域。這就是為什麼你沒有立即看到所有水都變色，而是兩者緩慢混合，一些部分的水仍然清澈，而另一些部分則變成彩色。水中的這些色彩爆發和食用色素軌跡可能讓你想起了天空中爆炸並緩慢落到地面的煙花。當你用叉子或勺子混合溶液時，所有食用色素分子均勻地分佈在水中，整個溶液都變成彩色。
另一方面，如果你只將食用色素與水混合，兩種液體會立即混合。當你將一滴這種混合物滴入油杯中時，你應該注意到液滴一直沉到玻璃杯底部，因為水的密度比油大。同時，食用色素保持與水混合，但不與油混合。即使你用勺子或叉子混合溶液，兩種液體仍然分離。如果你做了額外的活動，你可以使用這種效果來製作你自己的熔岩燈！
清理
你可以將水和食用色素倒入下水道。將所有用過的油收集在可密封的容器（如拉鍊袋）中並密封。然後將整個容器與你的普通垃圾一起扔掉。
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