關鍵概念
化學
溶液
互溶性
極性
溶解度
引言
你可能知道一些液體，例如油和水，不會混合在一起。如果你將它們倒入同一個容器中，它們會形成單獨的液層，一層在另一層之上。其他液體，例如外用酒精和水，可以混合在一起。但是你知道嗎，一旦這兩種液體混合在一起，你就可以再次將它們分離成兩個不同的層？你該怎麼做呢？答案可能會讓你驚訝——用鹽！在這個活動中，你將瞭解這是如何運作的。
背景
當兩種液體可以混合在一起時，它們是“互溶的”——它們形成一種叫做均相溶液的東西，這意味著你無法再區分這兩種液體。相反，當它們不能混合時，它們是“不互溶的”——它們將形成兩個單獨的層，稱為非均相溶液。為了能夠混合，兩種液體的分子必須能夠相互吸引。極性分子（意味著它們的電荷分佈不均勻，因此它們具有更正的一側和更負的一側）傾向於形成氫鍵，而非極性分子（具有相等的電荷平衡）則不傾向於形成這種鍵。由於水分子是極性的，任何不具有極性分子的液體（例如油）通常與水不互溶。
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外用酒精分子具有極性和非極性部分，這意味著它們能夠與水形成氫鍵，因此能夠與水混合。但是，一旦混合，你如何打破這些鍵以分離兩種液體呢？你必須向混合物中新增一些與酒精競爭結合水分子的物質。鹽就是一種可以做到這一點的物質。鹽是一種離子化合物，意味著它是由帶電分子（稱為離子）組成的物質。當離子化合物溶解在水中時，單個離子分離並被水分子包圍——這個過程稱為溶劑化。由於鹽離子帶電，它們在極性溶劑中溶解得更好，極性溶劑也比非極性溶劑稍微帶更多電荷。因此，鹽離子比酒精分子更強烈地吸引水分子，因為酒精的極性不如水。這意味著當有大量鹽時，所有水分子都會與鹽離子結合，而不會留下任何水分子與酒精分子形成氫鍵。結果，酒精變得與水不互溶，並開始形成單獨的層。這個過程稱為“鹽析”或“鹽誘導相分離”。
歷史上，這種方法已用於肥皂製造過程中，以去除最終肥皂產品中不應存在的成分。鹽析也常用於生物化學實驗室中純化蛋白質，因為不同的蛋白質分子在不同濃度的鹽溶液中變得不互溶。化學家使用這種技術從溶液中提取液體，這正是你將在此活動中要做的事情：你將僅使用一茶匙食鹽來分離外用酒精和水的混合物！
材料
四個透明迷你杯（兩盎司），帶蓋
永久性記號筆
自來水
外用酒精（70% 異丙醇）
食鹽
一套量匙
可以容忍溢位的工作區域
乙醇或丙酮（可在五金店找到）（可選）
鹽替代品，例如氯化鉀或瀉鹽（可選）
準備工作
用永久性記號筆標記迷你杯 1、2、3 和 4。
向 1 號杯和 3 號杯中加入一湯匙半的水。
向 2 號杯和 4 號杯中加入一湯匙半的外用酒精。
步驟
向 1 號杯中的水中加入一茶匙鹽。鹽會發生什麼？它會溶解在水中嗎？
蓋上蓋子，搖晃杯子約 20 到 30 秒。混合物看起來怎麼樣？
使用 2 號杯（裝有外用酒精）重複前兩個步驟。這次鹽會發生什麼？混合物看起來與水鹽混合物不同嗎？
取下永久性記號筆的蓋子，將其尖端在 3 號杯的水中旋轉約 10 秒鐘。蓋上杯蓋，搖晃五秒鐘。墨水會溶解在水中嗎？搖晃後溶液看起來怎麼樣？
使用 4 號杯（外用酒精）重複上一步。所得混合物看起來是否不同？如果是，有什麼不同？你能解釋這些差異嗎？
接下來，將 4 號杯中的酒精倒入 3 號杯的水中。蓋回蓋子，將混合物旋轉五秒鐘。外用酒精會與水混合嗎？混合物的顏色會發生什麼變化？你看到有分層形成嗎？
現在，向 3 號杯的混合物中加入一茶匙鹽。蓋上杯蓋，搖晃 20 到 30 秒。向混合物中加入鹽後會發生什麼？混合物在搖晃前後看起來是否不同？如果是，它看起來有什麼不同？你能解釋你的結果嗎？混合物是什麼顏色？
附加題：你能用鹽分離其他液體混合物嗎？乙醇和水或丙酮和水怎麼樣？嘗試不同的液體混合物來找出答案！
附加題：是否有其他鹽——例如氯化鉀、鹽替代品或瀉鹽——你可以用來分離液體？重複測試，但這次使用與食鹽不同的鹽。你仍然看到相同的結果嗎？如果不是——你的結果有何不同？
附加題：你需要多少鹽才能分離外用酒精和水？透過改變你新增到外用酒精和水混合物中的鹽量來找出答案。
觀察和結果
你應該已經看到鹽很容易溶解在 1 號杯的水中。（搖晃後，鹽似乎消失了。）記住，這是因為離子鹽分子很容易與極性水分子結合。然而，鹽在 2 號杯的外用酒精中不容易溶解。（即使搖晃後，你仍然可以看到鹽。）這是因為酒精分子的極性不如水，因此鹽離子不容易與它們結合。
對於永久性記號筆墨水，你應該觀察到完全相反的現象。墨水在水中溶解不好，但在酒精中很容易溶解，使後者顏色更深。這是因為外用酒精也有一部分分子沒有電荷，並且是非極性的。這部分與非極性分子（例如記號筆墨水）更相容。
當你將外用酒精與水混合時，後者的分子與水分子形成氫鍵。酒精溶解在水中形成均相溶液，因此你無法再區分酒精和水。但是，如果你向混合物中加入鹽，鹽會想要溶解在水中，並與酒精競爭水分子。由於可用於與酒精分子形成氫鍵的水分子較少，因此酒精在水-酒精混合物中的溶解度降低，最終在水面上形成單獨的層。兩層都應具有不同的顏色，水大多是透明的，而酒精的顏色更深。發生這種情況是因為記號筆墨水更容易溶解在外用酒精中。
清理
用大量冷水將所有混合物衝入水槽。洗手並清潔你的工作區域。
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