之前已发过两篇小文,介绍了小墨滴实验,以及一次启发孩子写作兴趣,将科学实验变成科学童话的尝试。
对此感兴趣的可以看以下链接。
本篇重点放在科学原理的介绍上。希望能激发孩子们对科学的兴趣。
先看视频。
过程1:油水混合物起初会经历短暂的乳浊液状态,之后很快分层,上面油,下面水。(视频中未包含这一步,自己做试验时,请参加之前的实验步骤,即可观察到这一过程)
原因:相似相溶。油水不相溶,因为两种液体结构不同。水分子接近球形,油分子长条形。
二者互相排斥,分层之后,油的密度比水小,所以油浮在水上。
过程2: 墨水进入油中,开始下沉,下沉过程保持近球形,
原因:墨水密度大于油,所以会下沉到底层。墨水不溶于油,还是由于相似相溶。
墨水形成球形或近球形,是由于墨水在分离过程中遭受油分子的“攻击“,墨水会希望把它的受力面积,降到最小。在体积不变的情况下,球的表面积最小。所以墨水形成球形(想象一下,一个人被人围攻的时候,是不是也会下意识把自己蜷缩起来?)
注:不相溶的两种物质相遇,当一种物质包裹住另一种物质,被包裹的常常会形成球体。
过程3: 墨滴到达油水分界面后,在此处会长时间徘徊,不能立刻进入水中。
原因:墨滴不能很快穿过分界面,是因为穿过这一分界面需要的能量,比在液体中下沉的能量要大的多。
两种物质之间若能形成分界面,这个表面会特别稳定牢固。我们用“表面张力“这一概念来解释。相信每个人都曾经看见过从水面上掠过的小虫子,或者漂浮在水面的大头针,那就是因为水的表面张力特别大,能够承受大头针的重力。而一旦进入水中,就可以观察到大头针会很快沉下去,因为水的密度比大头针小许多。
过程4 :墨滴慢慢穿过界面,进入水中,开始下沉。可以观察到此时的墨滴已经完全不是球形。下沉到一定程度(可能会到底部),墨滴已经变成了一条条的条纹,溶于水中。
原因:墨滴下沉,说明它的密度比水大。
墨滴最终溶解于水,说明墨滴和水具有相似的构造,相似相溶。
墨滴密度明明大于水,最终却没有老老实实沉到水底,而是可以向上溶于水。这个过程叫做扩散。扩散是由于物质粒子的热运动(布朗运动)所导致,墨滴粒子和水分子不断的互相撞击(想象一堆小球),墨滴粒子被撞的到处乱跑,最后均匀的分布在水中。
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