核心概念
物理
化學
液體
分子
表面張力
肥皂
介紹
你有沒有為聖帕特里克節制作過裝飾彩虹？用彩色卡紙或其他工藝品製作它們很有趣。但是你知道你可以用牛奶、液體肥皂或洗滌劑和食用色素製作一個簡單的彩虹嗎？這種混合物如何創造彩虹可能會讓你感到驚訝！在這個科學活動中，你將製作自己的牛奶彩虹，並探索洗滌劑和表面張力如何參與其中。
背景
在液體中，分子（表面可以帶有正負電荷的小顆粒）就像磁鐵一樣，可以相互吸引和排斥。在一個被其他水分子四面環繞的水分子的情況下，拉力和推力大致相同。整體效果是沒有任何變化。但是在表面，當水分子的一側暴露在空氣中時，水分子向下朝向它們下面的其他水分子的拉力比向上朝向空氣的拉力要大。這導致表面上的水收縮，使其表面積最小化。這種現象稱為表面張力。
某些化合物會影響水的表面張力：有些是親水的（或極性的），它們會被水吸引。然而，另一些是疏水的（或非極性的），它們會排斥水。一些化合物同時具有這兩種特性。當這樣的化合物被新增到水中時，親水端會試圖靠近水分子，而疏水端會推開它們。這種拉動和推開會使水分子相互分離，從而降低表面張力。降低水的表面張力的化合物被稱為表面活性劑。
材料
牛奶；1%、2%或全脂
盤子或其他型別的淺盤，例如鋁製餡餅盤（確保底部是平的而不是皺的。）
紅色、黃色、綠色和藍色食用色素。也可以使用其他顏色或更少的顏色來製作四色彩虹以外的東西。
棉籤
液體洗潔精或液體洗衣液
紙巾（用於事後清理）
準備
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由於此活動涉及染色牛奶，因此最好在戶外或可以安全地將染料灑在其上的表面上進行活動，以防發生意外。在水槽或軟管附近進行此活動可以更容易在最後進行清理。
步驟
慢慢地將足夠的牛奶倒入盤子中，使其底部完全覆蓋。讓牛奶靜置片刻。
向牛奶中新增每種顏色的食用色素一滴，在盤子底部附近形成一條水平的液滴線。要製作一個簡單的四色彩虹，請按以下順序新增顏色，從左到右：紅色、黃色、綠色，然後是藍色。你認為液滴將如何變成彩虹？
將棉籤的一端接觸液滴線中間正下方的普通牛奶。發生了什麼？
取棉籤的另一端，並在其上塗抹一些液體洗潔精。將塗有肥皂的一端接觸到與之前相同的區域，即液滴線中間正下方的普通牛奶。這次發生了什麼？
嘗試用塗有肥皂的棉籤末端接觸牛奶的其他一些區域。當你繼續觸控其他地方的牛奶時會發生什麼？
將塗有肥皂的棉籤末端在一個位置保持幾秒鐘。發生了什麼？如果你將棉籤在牛奶中保持足夠長的時間，你是否不再看到相同的效果？
額外：嘗試使用不同脂肪含量的牛奶進行此活動（例如，脫脂、1%、2%、全脂等）。使用不同型別的牛奶時，結果有何不同？
額外：你應該在此活動中看到一個簡單的四色彩虹，但你也可以嘗試製作一個更復雜的七色彩虹。為此，你需要將一些食用色素混合在一起製成橙色、靛藍色和紫色，然後將其新增到盤子上的液滴線中。例如，你可以嘗試混合一滴紅色和一滴黃色食用色素來製成橙色。你能用這種方法制作一個七色彩虹嗎？
額外：此活動使用了牛奶，但你也可以嘗試其他液體，例如水、透明蘇打水和融化的黃油。使用牛奶以外的液體是否得到相同的結果？
[中斷]
觀察和結果
當你將塗有肥皂的棉籤接觸牛奶時，你是否看到食用色素從棉籤移開，在盤子上形成一道四色彩虹？
當你將普通棉籤（沒有肥皂）接觸牛奶時，你不會看到任何效果。但是，當你將塗有肥皂的一端接觸牛奶時，你應該會看到食用色素迅速從棉籤移開。由於在牛奶中製作了一條食用色素液滴線，因此將棉籤放在液滴線中間的下方應該會使食用色素形成一道四色彩虹，因為它會全部在盤子上蔓延和旋轉，從而遠離棉籤。
洗滌劑，如液體洗潔精，主要成分是表面活性劑。這些物質可以降低水以及含有水和脂肪分子的牛奶的表面張力。表面活性劑具有親水部分，它想與水相互作用，以及疏水部分，它想與脂肪分子相互作用。因此，當塗有肥皂的棉籤接觸牛奶時，肥皂會將牛奶中的脂肪與水分離，溶解脂肪（這就是肥皂如何清潔油膩、髒盤子的方式）。這也降低了牛奶的表面張力。當肥皂從棉籤擴散開時，它會降低周圍牛奶的表面張力，而周圍區域較高的表面張力會將牛奶（及其食用色素）拉向它。但是，如果新增足夠的肥皂，肥皂和牛奶就會均勻混合，並且當新增更多肥皂時，牛奶（和食用色素）不再移動。
清理
不要飲用染色的牛奶，因為它裡面有肥皂。相反，小心地將染色的牛奶直接倒入水槽下水道中，儘量不要濺到水槽本身。（你還應該在倒水時開水。）如果你需要將盤子移動到水槽進行此操作，則最簡單的方法是在盤子上新增一些紙巾以吸收一些染色的牛奶（並幫助防止溢位），然後再嘗試移動盤子。
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