核心概念
化学
表面活性剂
密度
极性
引言
您可能听人说过“他们俩像油和水一样不合”，用来形容两个合不来的人。也许您也注意到下雨后，闪亮的油漂浮在水坑表面。在这两种情况下，您都明白水和油不能很好地融合在一起——但您有没有想过为什么呢？这么多其他东西都可以溶解在水中——为什么油不行呢？在这个活动中，我们将探讨是什么让油如此特殊，并且我们将尝试使不可能的事情发生：混合油和水！
背景
与许多其他物质（如水果汁、食用色素甚至糖和盐）不同，油不与水混合。原因是与油和水的性质有关。水分子由一个氧原子和两个氢原子组成。除了具有这种非常简单的结构外，水分子还是极性的，这意味着电荷在水分子上的分布是不均匀的。水分子由于其氧原子而具有部分负电荷，并且其氢原子具有部分正电荷。这种极性使水分子之间能够形成强大的氢键，即一个水分子上带负电荷的氧原子与另一个水分子上带正电荷的氢原子之间形成。盐和糖等其他分子也由于水的极性而能够溶解在水中。水分子两端的电荷有助于分解其他分子的化学结构。
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相反，油是非极性的，因此它们不会被水分子的极性吸引。实际上，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，当您将油添加到一杯水中时，两者不会混合在一起。由于油的密度小于水，它将始终漂浮在水面上，形成一层油层。您可能在暴雨过后在街道上看到过这种情况——一些水坑上会漂浮着一层油。
在这个活动中，我们将测试表面活性剂帮助我们混合油和水的能力。我们将使用的表面活性剂是洗碗液，它有助于打破油和水之间的表面张力，因为它具有两亲性：部分极性和部分非极性。因此，洗涤剂可以同时与水和油分子结合。我们将在本次活动中看到这种性质的结果！
材料
2个带盖的透明塑料水瓶
2杯水
半杯油（橄榄油、食用油或植物油都可以）
液体洗碗皂
时钟或计时器
永久性记号笔
量杯
量匙
食用色素（可选）
准备工作
撕掉水瓶上的任何标签。
使用记号笔标记瓶子：第一个标记为“油+水”，第二个标记为“油+水+肥皂”。 尽可能将标签写在瓶子的顶部附近。
将一杯水倒入每个瓶子中。
步骤
小心测量并将四分之一杯油倒入标记为“油+水”的瓶子中。 让瓶子放在台面或平面上，同时观察水和油。油是沉到瓶底，浮在水面上还是与水混合？
重复此步骤，将四分之一杯油添加到标记为“油+水+肥皂”的瓶子中。油是沉到瓶底，浮在水面上还是与水混合？
小心地将三汤匙洗碗皂加入标记为“油+水+肥皂”的瓶子中。加入洗碗皂时，尽量不要摇晃瓶子。
确保每个瓶子的瓶盖都拧紧。
每只手拿一个瓶子，剧烈摇晃瓶子 20 秒。
将瓶子放在光线充足的平面上。
记下时钟上的时间或设置 10 分钟的计时器。
观察每个瓶子的内容物。一次将它们举到灯光下，以便清楚地看到瓶子内部发生的事情。摇晃瓶子后有什么变化吗？ 两种混合物看起来一样吗？ 如果不一样，它们之间有什么区别？ 您将如何解释您观察到的差异？
10 分钟过后，查看瓶子的内容物并记下变化。每个瓶子中的油和水看起来如何？ 油是否与水混合、沉到瓶底或升到顶部？
额外：在水中加入食用色素，以获得熔岩灯效果
额外：尝试其他类型的肥皂，例如牙膏、洗手液和洗发水，将它们与油和水混合。
观察和结果
在这个活动中，您将油和水混合在一起，然后观察添加洗碗液如何改变这种混合物的特性。 首先，您应该注意到，当您将油添加到水中时，它们没有混合在一起。相反，油在水面上形成了一层。这是因为油的密度小于水，因此它会浮到表面。当您摇晃“油+水”瓶子时，您可能会注意到油分解成微小的珠子。但是，这些珠子并没有与水混合。 在您让“油+水”瓶子静置 10 分钟后，您应该观察到油和水几乎立即再次开始分离，再过 10 分钟后，瓶中再次出现两个明显的分层。
相反，您应该发现摇晃“油+水+肥皂”瓶子会产生大量泡沫，但是混合物并没有立即开始分离，而是呈现浑浊的黄色。最终，油和水应该再次分离成两层，但是这两层看起来应该比“油+水”瓶子中的层更不明显和浑浊。
两个瓶子之间的差异是由于在“油+水+肥皂”瓶子中添加了洗碗液造成的。洗涤剂分子可以与水和油分子形成键。 因此，尽管油和水在技术上没有相互混合，但洗涤剂分子充当了油和水分子之间的桥梁。因此，油和水分子在瓶中没有明显分离。相反，您看到的是浑浊的混合物，这是由于您通过添加洗碗液而产生的油、肥皂和水链造成的。
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