核心概念
物理
化学
液体
分子
表面张力
肥皂
介绍
你有没有为圣帕特里克节制作过装饰彩虹？用彩色卡纸或其他工艺品制作它们很有趣。但是你知道你可以用牛奶、液体肥皂或洗涤剂和食用色素制作一个简单的彩虹吗？这种混合物如何创造彩虹可能会让你感到惊讶！在这个科学活动中，你将制作自己的牛奶彩虹，并探索洗涤剂和表面张力如何参与其中。
背景
在液体中，分子（表面可以带有正负电荷的小颗粒）就像磁铁一样，可以相互吸引和排斥。在一个被其他水分子四面环绕的水分子的情况下，拉力和推力大致相同。整体效果是没有任何变化。但是在表面，当水分子的一侧暴露在空气中时，水分子向下朝向它们下面的其他水分子的拉力比向上朝向空气的拉力要大。这导致表面上的水收缩，使其表面积最小化。这种现象称为表面张力。
某些化合物会影响水的表面张力：有些是亲水的（或极性的），它们会被水吸引。然而，另一些是疏水的（或非极性的），它们会排斥水。一些化合物同时具有这两种特性。当这样的化合物被添加到水中时，亲水端会试图靠近水分子，而疏水端会推开它们。这种拉动和推开会使水分子相互分离，从而降低表面张力。降低水的表面张力的化合物被称为表面活性剂。
材料
牛奶；1%、2%或全脂
盘子或其他类型的浅盘，例如铝制馅饼盘（确保底部是平的而不是皱的。）
红色、黄色、绿色和蓝色食用色素。也可以使用其他颜色或更少的颜色来制作四色彩虹以外的东西。
棉签
液体洗洁精或液体洗衣液
纸巾（用于事后清理）
准备
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。购买订阅可以帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
由于此活动涉及染色牛奶，因此最好在户外或可以安全地将染料洒在其上的表面上进行活动，以防发生意外。在水槽或软管附近进行此活动可以更容易在最后进行清理。
步骤
慢慢地将足够的牛奶倒入盘子中，使其底部完全覆盖。让牛奶静置片刻。
向牛奶中添加每种颜色的食用色素一滴，在盘子底部附近形成一条水平的液滴线。要制作一个简单的四色彩虹，请按以下顺序添加颜色，从左到右：红色、黄色、绿色，然后是蓝色。你认为液滴将如何变成彩虹？
将棉签的一端接触液滴线中间正下方的普通牛奶。发生了什么？
取棉签的另一端，并在其上涂抹一些液体洗洁精。将涂有肥皂的一端接触到与之前相同的区域，即液滴线中间正下方的普通牛奶。这次发生了什么？
尝试用涂有肥皂的棉签末端接触牛奶的其他一些区域。当你继续触摸其他地方的牛奶时会发生什么？
将涂有肥皂的棉签末端在一个位置保持几秒钟。发生了什么？如果你将棉签在牛奶中保持足够长的时间，你是否不再看到相同的效果？
额外：尝试使用不同脂肪含量的牛奶进行此活动（例如，脱脂、1%、2%、全脂等）。使用不同类型的牛奶时，结果有何不同？
额外：你应该在此活动中看到一个简单的四色彩虹，但你也可以尝试制作一个更复杂的七色彩虹。为此，你需要将一些食用色素混合在一起制成橙色、靛蓝色和紫色，然后将其添加到盘子上的液滴线中。例如，你可以尝试混合一滴红色和一滴黄色食用色素来制成橙色。你能用这种方法制作一个七色彩虹吗？
额外：此活动使用了牛奶，但你也可以尝试其他液体，例如水、透明苏打水和融化的黄油。使用牛奶以外的液体是否得到相同的结果？
[中断]
观察和结果
当你将涂有肥皂的棉签接触牛奶时，你是否看到食用色素从棉签移开，在盘子上形成一道四色彩虹？
当你将普通棉签（没有肥皂）接触牛奶时，你不会看到任何效果。但是，当你将涂有肥皂的一端接触牛奶时，你应该会看到食用色素迅速从棉签移开。由于在牛奶中制作了一条食用色素液滴线，因此将棉签放在液滴线中间的下方应该会使食用色素形成一道四色彩虹，因为它会全部在盘子上蔓延和旋转，从而远离棉签。
洗涤剂，如液体洗洁精，主要成分是表面活性剂。这些物质可以降低水以及含有水和脂肪分子的牛奶的表面张力。表面活性剂具有亲水部分，它想与水相互作用，以及疏水部分，它想与脂肪分子相互作用。因此，当涂有肥皂的棉签接触牛奶时，肥皂会将牛奶中的脂肪与水分离，溶解脂肪（这就是肥皂如何清洁油腻、脏盘子的方式）。这也降低了牛奶的表面张力。当肥皂从棉签扩散开时，它会降低周围牛奶的表面张力，而周围区域较高的表面张力会将牛奶（及其食用色素）拉向它。但是，如果添加足够的肥皂，肥皂和牛奶就会均匀混合，并且当添加更多肥皂时，牛奶（和食用色素）不再移动。
清理
不要饮用染色的牛奶，因为它里面有肥皂。相反，小心地将染色的牛奶直接倒入水槽下水道中，尽量不要溅到水槽本身。（你还应该在倒水时开水。）如果你需要将盘子移动到水槽进行此操作，则最简单的方法是在盘子上添加一些纸巾以吸收一些染色的牛奶（并帮助防止溢出），然后再尝试移动盘子。
更多探索表面张力介绍，来自麻省理工学院
洗衣科学101：表面活性剂，来自 Eco Nuts
神奇牛奶（pdf），来自 Nipissing University 的 Sarah Mater 和 Lisa Hurlbut
为你和你的家人准备的有趣的科学活动，来自科学伙伴
建造一个由表面张力驱动的木筏，来自科学伙伴
此活动由科学伙伴合作推出