主要概念
化學
材料科學
聚合物
體積
吸收
引言
當我們想到紙尿褲時，我們通常會想到嬰兒。但是你知道宇航員有時也必須穿紙尿褲嗎？宇航員的“紙尿褲”被稱為最大吸收量服裝（MAGs），當宇航員必須長時間密封在宇航服中時，例如在太空行走期間或當他們的航天器離開軌道重新進入大氣層返回家園時，他們會穿上這種服裝。
對於嬰兒和宇航員來說，紙尿褲最重要的作用是防止洩漏。但是你有沒有想過一次性紙尿褲實際上是如何工作的？紙尿褲裡面是什麼東西讓它可以吸收所有溼的東西而不會弄得一團糟？在這個活動中，我們將探索紙尿褲中使其保持不洩漏的物質——無論是在搖籃裡還是在外太空！
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背景
無論是為嬰兒還是為宇航員製造，主要的一次性紙尿褲品牌都含有一種叫做聚丙烯酸鈉的粉末狀化學吸收劑，它可以吸收超過其自身重量 300 倍的水！這大約相當於一個普通成年人能夠突然吸收一頭藍鯨的重量，大約 40,000 磅！
能夠吸收大量液體是聚丙烯酸鈉在紙尿褲中發揮重要作用的原因。這種化學物質吸收紙尿褲中的液體，將其從皮膚上吸走。宇航員穿的紙尿褲可以吸收兩升水——這與雜貨店裡大蘇打瓶中的液體量相同！值得慶幸的是它們可以吸收這麼多，因為沒有人希望在修理宇宙飛船時穿著溼尿布！
在這個活動中，你將從紙尿褲中分離出聚丙烯酸鈉，並親自測試其吸收性（它可以容納多少液體）。你將測量的一種方法是透過測量體積，這意味著物質佔據的空間量。在這種情況下，你將測量將不同量的聚丙烯酸鈉與水混合時的體積。
材料
成年幫手
八個透明塑膠杯（只要是透明的，玻璃杯也可以。）
兩到三個一次性紙尿褲（所需的數量會因尺寸和品牌而略有不同。）
食用色素
記號筆
剪刀
一個乾淨的、加侖大小的密封袋
量匙
量杯
一個勺子或其他用作攪拌器的東西
一個可以被弄溼的工作空間和/或用來覆蓋它的報紙
一茶匙食鹽（可選）
準備工作
如果需要，在你的工作空間上鋪幾張報紙。你將要使用的化學物質是完全安全的，但這將有助於清理。
用記號筆標記四個杯子。（如果你使用的是玻璃杯，請將標籤寫在一條膠帶上，然後將膠帶貼在杯子上。）按如下方式標記杯子：杯子 1 - 八分之一茶匙，杯子 2 - 四分之一茶匙，杯子 3 - 二分之一茶匙，杯子 4 - 一茶匙。
在四個未標記的杯子中放入兩到三滴食用色素。用量杯將三分之一杯水倒入每個杯子。用勺子或攪拌器混合色素和水。
在你的工作空間上開啟一個紙尿褲。請一位成年人幫助你用剪刀剪開紙尿褲的內襯，取出裡面的粉狀、棉狀填充物。將填充物放入你的密封袋中。
檢查紙尿褲是否有剩餘的粉末——用你的手（或用你的勺子）舀起這些粉末，或者你可以小心地拿起紙尿褲，將剩餘的粉末搖入密封袋中。
將紙尿褲放在一邊。將所有填充物放入袋子中後，小心地密封袋子並搖晃袋子一到兩分鐘。當你將其從填充物中搖松時，你應該看到更多的粉末聚集在袋子的底部。
小心地從密封袋中取出填充物（裡面留一點是可以的。）
如有必要，用一到兩個更多的紙尿褲重複此過程，直到你在袋子裡收集到至少兩茶匙的粉末。
步驟
用你的量匙將適量的粉末從袋子轉移到相應的杯子中。首先將八分之一茶匙的粉末放入標記為“八分之一茶匙”的杯子中，然後將四分之一茶匙的粉末放入標記為“四分之一茶匙”的杯子中，依此類推。繼續操作，直到你將正確數量的粉末放入每個標記的杯子中。注意粉末的外觀和質地。它在杯子裡佔據了多少空間？
在成年人的幫助下，小心地將你測量的三分之一杯有色水倒入標記為“八分之一茶匙”的杯子中。用勺子攪拌水和粉末。攪拌液體大約一分鐘。你注意到水與粉末混合時發生了什麼？你在攪拌時粘稠度是否在變化？你還能看到粉末嗎？
重複此過程，將你測量的三分之一有色水倒入標記為“四分之一茶匙”的杯子中。用勺子攪拌水和粉末大約一分鐘。你注意到水與粉末混合時發生了什麼？你在攪拌時混合物的外觀是否在變化？混合物的粘稠度如何？它與八分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
重複此過程，將你測量的三分之一有色水倒入標記為“二分之一茶匙”的杯子中。攪拌水和粉末大約一分鐘。你注意到水與粉末混合時發生了什麼？你在攪拌時混合物的外觀是否在變化？混合物的粘稠度如何？它與四分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
第四次重複此過程，將你測量的三分之一有色水倒入標記為“一茶匙”的杯子中。攪拌水和粉末大約一分鐘。你注意到水與粉末混合時發生了什麼？你在攪拌時混合物的外觀是否在變化？混合物的粘稠度如何？它與二分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
將所有四個標記的杯子排成一列。你可以透過注意標記為“八分之一茶匙”的杯子中液體的液麵高度來觀察每個杯子中混合物的體積。將此高度與其他杯子中混合物的高度進行比較。哪個杯子的體積最大？哪個最小？你注意到不同杯子中的混合物還有哪些其他差異？它們看起來不同嗎？它們感覺不同嗎？
額外：用你的量匙，在標記為“一茶匙”的杯子中的混合物中加入一茶匙鹽。攪拌混合物約一分鐘。你注意到你在攪拌時混合物發生了什麼變化嗎？它在變化嗎？加入鹽後有什麼不同？
額外：嘗試將粉末量增加到一湯匙，始終加入三分之一杯水。注意當你增加粉末量時，粘稠度如何變化。
額外：如果你有多餘的紙尿褲，嘗試將其在水中浸泡一分鐘，然後將其放在某個地方晾乾。觀察紙尿褲在水中浸泡後形狀或質地是否發生變化。
觀察和結果
隨著每個杯子中粉末量的增加，你可能已經注意到混合物的體積增加了。此外，你應該已經注意到粉末的質地發生了變化。當有足夠的粉末吸收所有水時，粉末從微小的晶體變成較大的凝膠球，幾乎像圓形米粒的粘稠度。這是預期的結果。聚丙烯酸鈉是一種聚合物，這意味著它是由許多稱為單體的小單元組成的大分子鏈。超吸收性聚合物在與水等液體接觸時會膨脹，因為水被吸入並保持在聚合物分子中。因此，聚丙烯酸鈉就像一塊非常強大的海綿！
如果你嘗試向混合物中加入鹽，你可能會注意到凝膠混合物的質地和體積變回液體。這是因為鹽會破壞水和聚合物鏈之間的吸引力。新增的鹽分解為負離子和正離子，它們也受到水分子的吸引。每個鹽離子都吸引幾個水分子，從而將它們從聚合物中拉開。最終，會拉開足夠的水，使混合物從凝膠變回液體。
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