核心概念
化学
物理学
反应速率
颜色
引言
你有没有想过，为什么脏衣服从洗衣机里拿出来会变得又白又干净？是什么让所有的污渍都消失了？答案是漂白剂——一种存在于大多数洗衣粉中的成分。漂白剂负责洗涤过程中发生的增白效果，并去除大部分污渍。但它是如何工作的呢？在这个科学活动中，你将通过漂白剂的力量让食用色素消失来找出答案！
背景
首先要问的问题是，到底是什么造成了污渍？当然，有很多答案，包括番茄酱、糖浆或草——但是什么让番茄酱的污渍呈红色，糖浆的污渍呈棕色，草的污渍呈绿色？简单的答案是，颜色来自番茄酱、糖浆或草的组成成分，即它们的分子。一些分子可以充当染料，它们具有吸收可见波长范围（400-700纳米）内的光的能力。当光与这种分子相互作用时，部分光谱会被其化学结构吸收。没有被吸收的波长会被反射，这导致我们看到那些特定的波长（如果它们落在可见光谱中）。例如，草之所以呈现绿色，是因为它的分子吸收了除绿色范围外的所有波长。
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呈现某种颜色的化学分子通常在其化学结构中含有发色团，它们能够吸收可见波长范围内的光（而不是不可见的光谱）。通常，发色团是芳香族化合物或含有交替单键和双键系列的分子。蓝色1（亮蓝色）、红色3（赤藓红）或黄色5（柠檬黄）等食用色素就是这种化合物的好例子。然而，问题仍然存在：漂白剂如何去除污渍中这些产生颜色的发色团？
大多数家用漂白剂都以氯为基础，含有次氯酸钠（NaClO）。这是一种氧化剂，会引起反应形成另一种化合物。在氧化过程中，氧化剂从其反应伙伴中移除一个或多个电子。这意味着当漂白剂与“污渍分子”反应时，氧化反应会改变发色团的化学结构。由此产生的分子要么不再含有发色团，要么发色团不再能够吸收可见范围内的光。在这两种情况下，反应产物都不会显示颜色，污渍就神奇地消失了。想亲自看看吗？那么做这个活动，观看食用色素变成无色！
材料
围裙
安全眼镜
量杯
自来水（冷水）
美纹纸胶带
笔
五个可容纳 500 毫升的玻璃杯或碗
液体食用色素（绿色、黄色、蓝色和红色）
六个可容纳 100 毫升的玻璃杯或杯子
漂白剂（约含 8-9% 次氯酸钠）
滴管
茶匙
纸巾
成人助手
微波炉、计时器、额外的碗和玻璃杯（可选）
准备工作
选择一个通风良好的工作区域，以及可以容忍少量食用色素和漂白剂溢出的表面。
戴上安全眼镜和围裙，以保护自己免受任何颜色和漂白剂的溢出。
用笔和美纹纸胶带，将所有五个 500 毫升的碗或玻璃杯从 1 到 5 标记好。
使用量杯，将所有五个碗/玻璃杯装满 500 毫升（约两杯）冷自来水。
在 1 号玻璃杯中，加入两滴蓝色食用色素。用勺子混合溶液，直到所有颜色均匀分布。
在 2 号玻璃杯中，加入两滴红色食用色素。再次，用勺子混合。
在 3 号玻璃杯中，加入两滴黄色食用色素，并用勺子混合。
在 4 号玻璃杯中，加入两滴绿色食用色素。再次，用勺子混合。
在 5 号玻璃杯中，加入一滴红色和一滴黄色食用色素。混合后的颜色应为橙色。
再次使用量杯，将每种五种溶液的 100 毫升（约半杯）转移到五个单独的玻璃杯中。在颜色之间快速冲洗量杯。
在一个单独的玻璃杯中，倒入或让成人助手倒入少量漂白剂。小心不要溢出任何东西或将漂白剂沾到皮肤上。如果表面发生溢出，请立即用湿纸巾擦掉。如果您将一些漂白剂沾到皮肤上，请立即用大量水清洗受影响的区域。
步骤
将五个装有不同颜色溶液的玻璃杯并排放置在桌子上。不同颜色的强度如何？
拿起滴管，小心地吸取少量漂白剂溶液。然后慢慢地向装有黄色溶液的杯子中加入三滴漂白剂。小心地稍微旋转杯子。你旋转杯子后，黄色溶液会发生什么变化？颜色会改变吗？反应发生的速度有多快？
接下来，向橙色溶液中加入三滴漂白剂并旋转杯子。加入漂白剂后，溶液是什么颜色？溶液会变成无色吗？
重复将漂白剂（三滴）添加到绿色食用色素溶液中。之后旋转杯子。这次颜色如何变化？
继续向蓝色和红色溶液中加入三滴漂白剂溶液。小心地旋转杯子并观察两者。这些杯子里的颜色会发生什么变化？它们保持不变还是改变？反应发生得快还是慢？
加入漂白剂后，比较每个杯子的颜色。你注意到了什么？是否有任何颜色相同或它们都不同？你能解释你的结果吗？
对于此时活动中仍含有有色溶液的每个杯子，加入一整茶匙漂白剂（约五毫升）。之后旋转每个杯子。你看到发生任何变化吗？颜色正在消失吗？哪种颜色变化最快？
重复向杯子中加入漂白剂，直到所有溶液都变成无色。你是否必须向一种有色溶液中添加比另一种更多的漂白剂？
额外：准备一个额外的碗，装入 500 毫升的冷自来水。加入一滴蓝色和一滴红色食用色素，制成紫色溶液。然后用滴管向该溶液中加入三滴漂白剂。根据你之前的观察，你期望看到什么颜色变化？反应发生的速度有多快？你必须添加多少漂白剂才能去除溶液中的所有颜色？
额外：通过将溶液倒入水槽并用水冲洗杯子，清理测试中所有 100 毫升的玻璃杯。然后用准备工作中剩余的蓝色食用色素溶液填充两个杯子，每个杯子 100 毫升。将其中一个杯子在微波炉中加热约 30 秒使其稍微变热。将冷热食用色素溶液并排放在一起，并向每个杯子中加入约 20 滴漂白剂。两个杯子中的颜色如何变化？它们是否因溶液是热的还是冷的而反应不同？有什么不同？
额外：用所有颜色重复此活动，但这次同时向每种颜色中加入一茶匙漂白剂。然后启动计时器，测量每种颜色消失需要多长时间。哪种颜色被去除得最快，哪种溶液变成无色需要的时间最长？你能解释你的观察结果吗？
观察和结果
你是否成功地使所有不同的颜色都消失了？很可能，是的。所有食用色素都是在其化学结构中具有大量发色团的分子，这使得它们呈现蓝色、红色或黄色。当向每种颜色中加入三滴漂白剂时，你可能已经注意到，黄色溶液在旋转杯子后几乎立即变成无色。这是由于上述漂白剂的氧化能力，它会破坏化学键并改变染料的化学结构，使其无法再吸收可见光谱中的光。然而，蓝色和红色溶液在加入漂白剂后并没有立即变成无色，并在之后相当长的时间内保持可见的色调。原因是每个化学反应都以不同的速率发生。黄色与漂白剂的反应非常快，这就是你看到它立即变成无色的原因。蓝色和红色溶液中的染料蓝色1和红色3的反应速度要慢得多。尽管颜色变化没有立即发生，但你应该看到过一段时间后，这些颜色也逐渐褪色。
橙色和绿色以及紫色是两种不同颜色的混合物。一旦向这些溶液中加入漂白剂，混合物中的一种颜色与次氯酸盐的反应速度将快于另一种颜色，这就是为什么一种颜色成分消失而另一种颜色成分仍然可见的原因。例如，橙色是黄色和红色的混合物——由于黄色被氧化得更快，橙色溶液会变成红色。同样，绿色溶液是蓝色和黄色的混合物，在黄色染料被氧化后会变成蓝色。如果你做了紫色溶液的额外步骤，你应该观察到溶液变成蓝色，因为红色染料与漂白剂的反应速度快于蓝色染料。如果你测量了每种颜色消失需要多长时间，你应该发现黄色被氧化得最快，其次是红色，然后是蓝色。
加速化学反应的一种方法是添加更多反应物，这就是为什么如果你向溶液中添加更多漂白剂，蓝色和红色会更快消失的原因。提高反应速率的另一种方法是提高温度。一旦你加热蓝色食用色素溶液，即使你加入相同量的漂白剂，颜色消失的速度也会比冷溶液快得多。
清理
你可以将所有颜色溶液（包括你添加漂白剂的溶液）倒入水槽中。在将所有溶液倒入水槽后，让水再流 30 秒。用湿纸巾擦拭你的工作区域。
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