主要概念
化学
材料科学
聚合物
体积
吸收
引言
当我们想到纸尿裤时，我们通常会想到婴儿。但是你知道宇航员有时也必须穿纸尿裤吗？宇航员的“纸尿裤”被称为最大吸收量服装（MAGs），当宇航员必须长时间密封在宇航服中时，例如在太空行走期间或当他们的航天器离开轨道重新进入大气层返回家园时，他们会穿上这种服装。
对于婴儿和宇航员来说，纸尿裤最重要的作用是防止泄漏。但是你有没有想过一次性纸尿裤实际上是如何工作的？纸尿裤里面是什么东西让它可以吸收所有湿的东西而不会弄得一团糟？在这个活动中，我们将探索纸尿裤中使其保持不泄漏的物质——无论是在摇篮里还是在外太空！
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
背景
无论是为婴儿还是为宇航员制造，主要的一次性纸尿裤品牌都含有一种叫做聚丙烯酸钠的粉末状化学吸收剂，它可以吸收超过其自身重量 300 倍的水！这大约相当于一个普通成年人能够突然吸收一头蓝鲸的重量，大约 40,000 磅！
能够吸收大量液体是聚丙烯酸钠在纸尿裤中发挥重要作用的原因。这种化学物质吸收纸尿裤中的液体，将其从皮肤上吸走。宇航员穿的纸尿裤可以吸收两升水——这与杂货店里大苏打瓶中的液体量相同！值得庆幸的是它们可以吸收这么多，因为没有人希望在修理宇宙飞船时穿着湿尿布！
在这个活动中，你将从纸尿裤中分离出聚丙烯酸钠，并亲自测试其吸收性（它可以容纳多少液体）。你将测量的一种方法是通过测量体积，这意味着物质占据的空间量。在这种情况下，你将测量将不同量的聚丙烯酸钠与水混合时的体积。
材料
成年帮手
八个透明塑料杯（只要是透明的，玻璃杯也可以。）
两到三个一次性纸尿裤（所需的数量会因尺寸和品牌而略有不同。）
食用色素
记号笔
剪刀
一个干净的、加仑大小的密封袋
量匙
量杯
一个勺子或其他用作搅拌器的东西
一个可以被弄湿的工作空间和/或用来覆盖它的报纸
一茶匙食盐（可选）
准备工作
如果需要，在你的工作空间上铺几张报纸。你将要使用的化学物质是完全安全的，但这将有助于清理。
用记号笔标记四个杯子。（如果你使用的是玻璃杯，请将标签写在一条胶带上，然后将胶带贴在杯子上。）按如下方式标记杯子：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。
在四个未标记的杯子中放入两到三滴食用色素。用量杯将三分之一杯水倒入每个杯子。用勺子或搅拌器混合色素和水。
在你的工作空间上打开一个纸尿裤。请一位成年人帮助你用剪刀剪开纸尿裤的内衬，取出里面的粉状、棉状填充物。将填充物放入你的密封袋中。
检查纸尿裤是否有剩余的粉末——用你的手（或用你的勺子）舀起这些粉末，或者你可以小心地拿起纸尿裤，将剩余的粉末摇入密封袋中。
将纸尿裤放在一边。将所有填充物放入袋子中后，小心地密封袋子并摇晃袋子一到两分钟。当你将其从填充物中摇松时，你应该看到更多的粉末聚集在袋子的底部。
小心地从密封袋中取出填充物（里面留一点是可以的。）
如有必要，用一到两个更多的纸尿裤重复此过程，直到你在袋子里收集到至少两茶匙的粉末。
步骤
用你的量匙将适量的粉末从袋子转移到相应的杯子中。首先将八分之一茶匙的粉末放入标记为“八分之一茶匙”的杯子中，然后将四分之一茶匙的粉末放入标记为“四分之一茶匙”的杯子中，依此类推。继续操作，直到你将正确数量的粉末放入每个标记的杯子中。注意粉末的外观和质地。它在杯子里占据了多少空间？
在成年人的帮助下，小心地将你测量的三分之一杯有色水倒入标记为“八分之一茶匙”的杯子中。用勺子搅拌水和粉末。搅拌液体大约一分钟。你注意到水与粉末混合时发生了什么？你在搅拌时粘稠度是否在变化？你还能看到粉末吗？
重复此过程，将你测量的三分之一有色水倒入标记为“四分之一茶匙”的杯子中。用勺子搅拌水和粉末大约一分钟。你注意到水与粉末混合时发生了什么？你在搅拌时混合物的外观是否在变化？混合物的粘稠度如何？它与八分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
重复此过程，将你测量的三分之一有色水倒入标记为“二分之一茶匙”的杯子中。搅拌水和粉末大约一分钟。你注意到水与粉末混合时发生了什么？你在搅拌时混合物的外观是否在变化？混合物的粘稠度如何？它与四分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
第四次重复此过程，将你测量的三分之一有色水倒入标记为“一茶匙”的杯子中。搅拌水和粉末大约一分钟。你注意到水与粉末混合时发生了什么？你在搅拌时混合物的外观是否在变化？混合物的粘稠度如何？它与二分之一茶匙杯子中的混合物有何不同？
将所有四个标记的杯子排成一列。你可以通过注意标记为“八分之一茶匙”的杯子中液体的液面高度来观察每个杯子中混合物的体积。将此高度与其他杯子中混合物的高度进行比较。哪个杯子的体积最大？哪个最小？你注意到不同杯子中的混合物还有哪些其他差异？它们看起来不同吗？它们感觉不同吗？
额外：用你的量匙，在标记为“一茶匙”的杯子中的混合物中加入一茶匙盐。搅拌混合物约一分钟。你注意到你在搅拌时混合物发生了什么变化吗？它在变化吗？加入盐后有什么不同？
额外：尝试将粉末量增加到一汤匙，始终加入三分之一杯水。注意当你增加粉末量时，粘稠度如何变化。
额外：如果你有多余的纸尿裤，尝试将其在水中浸泡一分钟，然后将其放在某个地方晾干。观察纸尿裤在水中浸泡后形状或质地是否发生变化。
观察和结果
随着每个杯子中粉末量的增加，你可能已经注意到混合物的体积增加了。此外，你应该已经注意到粉末的质地发生了变化。当有足够的粉末吸收所有水时，粉末从微小的晶体变成较大的凝胶球，几乎像圆形米粒的粘稠度。这是预期的结果。聚丙烯酸钠是一种聚合物，这意味着它是由许多称为单体的小单元组成的大分子链。超吸收性聚合物在与水等液体接触时会膨胀，因为水被吸入并保持在聚合物分子中。因此，聚丙烯酸钠就像一块非常强大的海绵！
如果你尝试向混合物中加入盐，你可能会注意到凝胶混合物的质地和体积变回液体。这是因为盐会破坏水和聚合物链之间的吸引力。添加的盐分解为负离子和正离子，它们也受到水分子的吸引。每个盐离子都吸引几个水分子，从而将它们从聚合物中拉开。最终，会拉开足够的水，使混合物从凝胶变回液体。
更多探索 来自科学伙伴的聚合物吸收：一个膨胀的项目
来自科学伙伴的你正在凝胶吗？
来自 Mental Floss 的可膨胀水玩具背后的历史和科学
来自科学伙伴的更多有趣的科学项目
此活动由科学伙伴合作推出
