核心概念
化學
表面活性劑
密度
極性
引言
您可能聽人說過“他們倆像油和水一樣不合”，用來形容兩個合不來的人。也許您也注意到下雨後，閃亮的油漂浮在水坑表面。在這兩種情況下，您都明白水和油不能很好地融合在一起——但您有沒有想過為什麼呢？這麼多其他東西都可以溶解在水中——為什麼油不行呢？在這個活動中，我們將探討是什麼讓油如此特殊，並且我們將嘗試使不可能的事情發生：混合油和水！
背景
與許多其他物質（如水果汁、食用色素甚至糖和鹽）不同，油不與水混合。原因是與油和水的性質有關。水分子由一個氧原子和兩個氫原子組成。除了具有這種非常簡單的結構外，水分子還是極性的，這意味著電荷在水分子上的分佈是不均勻的。水分子由於其氧原子而具有部分負電荷，並且其氫原子具有部分正電荷。這種極性使水分子之間能夠形成強大的氫鍵，即一個水分子上帶負電荷的氧原子與另一個水分子上帶正電荷的氫原子之間形成。鹽和糖等其他分子也由於水的極性而能夠溶解在水中。水分子兩端的電荷有助於分解其他分子的化學結構。
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相反，油是非極性的，因此它們不會被水分子的極性吸引。實際上，油是疏水的，或“憎水的”。油分子不是被水分子吸引，而是被水分子排斥。因此，當您將油新增到一杯水中時，兩者不會混合在一起。由於油的密度小於水，它將始終漂浮在水面上，形成一層油層。您可能在暴雨過後在街道上看到過這種情況——一些水坑上會漂浮著一層油。
在這個活動中，我們將測試表面活性劑幫助我們混合油和水的能力。我們將使用的表面活性劑是洗碗液，它有助於打破油和水之間的表面張力，因為它具有兩親性：部分極性和部分非極性。因此，洗滌劑可以同時與水和油分子結合。我們將在本次活動中看到這種性質的結果！
材料
2個帶蓋的透明塑膠水瓶
2杯水
半杯油（橄欖油、食用油或植物油都可以）
液體洗碗皂
時鐘或計時器
永久性記號筆
量杯
量匙
食用色素（可選）
準備工作
撕掉水瓶上的任何標籤。
使用記號筆標記瓶子：第一個標記為“油+水”，第二個標記為“油+水+肥皂”。 儘可能將標籤寫在瓶子的頂部附近。
將一杯水倒入每個瓶子中。
步驟
小心測量並將四分之一杯油倒入標記為“油+水”的瓶子中。 讓瓶子放在臺面或平面上，同時觀察水和油。油是沉到瓶底，浮在水面上還是與水混合？
重複此步驟，將四分之一杯油新增到標記為“油+水+肥皂”的瓶子中。油是沉到瓶底，浮在水面上還是與水混合？
小心地將三湯匙洗碗皂加入標記為“油+水+肥皂”的瓶子中。加入洗碗皂時，儘量不要搖晃瓶子。
確保每個瓶子的瓶蓋都擰緊。
每隻手拿一個瓶子，劇烈搖晃瓶子 20 秒。
將瓶子放在光線充足的平面上。
記下時鐘上的時間或設定 10 分鐘的計時器。
觀察每個瓶子的內容物。一次將它們舉到燈光下，以便清楚地看到瓶子內部發生的事情。搖晃瓶子後有什麼變化嗎？ 兩種混合物看起來一樣嗎？ 如果不一樣，它們之間有什麼區別？ 您將如何解釋您觀察到的差異？
10 分鐘過後，檢視瓶子的內容物並記下變化。每個瓶子中的油和水看起來如何？ 油是否與水混合、沉到瓶底或升到頂部？
額外：在水中加入食用色素，以獲得熔岩燈效果
額外：嘗試其他型別的肥皂，例如牙膏、洗手液和洗髮水，將它們與油和水混合。
觀察和結果
在這個活動中，您將油和水混合在一起，然後觀察新增洗碗液如何改變這種混合物的特性。 首先，您應該注意到，當您將油新增到水中時，它們沒有混合在一起。相反，油在水面上形成了一層。這是因為油的密度小於水，因此它會浮到表面。當您搖晃“油+水”瓶子時，您可能會注意到油分解成微小的珠子。但是，這些珠子並沒有與水混合。 在您讓“油+水”瓶子靜置 10 分鐘後，您應該觀察到油和水幾乎立即再次開始分離，再過 10 分鐘後，瓶中再次出現兩個明顯的分層。
相反，您應該發現搖晃“油+水+肥皂”瓶子會產生大量泡沫，但是混合物並沒有立即開始分離，而是呈現渾濁的黃色。最終，油和水應該再次分離成兩層，但是這兩層看起來應該比“油+水”瓶子中的層更不明顯和渾濁。
兩個瓶子之間的差異是由於在“油+水+肥皂”瓶子中添加了洗碗液造成的。洗滌劑分子可以與水和油分子形成鍵。 因此，儘管油和水在技術上沒有相互混合，但洗滌劑分子充當了油和水分子之間的橋樑。因此，油和水分子在瓶中沒有明顯分離。相反，您看到的是渾濁的混合物，這是由於您透過新增洗碗液而產生的油、肥皂和水鏈造成的。
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