中国有句古语叫“酒香不怕巷子深”,意思是只要酒足够醇厚,在很远的地方都能闻到酒的香味。类似的现象在生活中极为常见,比如在厨房里炒菜,不用走近也能闻到菜肴诱人的味道,花盆里盛开的鲜花不用近闻,花香也能扑鼻而来。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(1)

美酒,图片源于网络

​之所以产生这种现象,其实是分子在空气中扩散的原因。分子在气体中能够广泛扩散,那在液体中是否也能像在空气中一样扩散呢?今天科学奶爸用一个极为简单的实验来一探究竟,只需用几滴色素和一杯凉水及一杯热水即可。到底是怎样做的呢?背后又隐藏着什么样的科学奥秘?现在,我们不妨一起来看一下吧。

首先,我们来认识一下今天实验所用到的材料:玻璃杯2个、色素若干、凉水1瓶、热水1壶。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(2)

​材料准备好后,我们就可以开始做实验啦。首先,分别倒一杯凉水和一杯热水(约80度)。特别提醒小朋友们注意,使用热水时请由大人操作,谨防烫伤!

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(3)

​然后,分别往凉水杯和热水杯中各滴入一滴同样的色素。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(4)

​接下来,我们看看会发生什么有趣的现象。当色素沉入水中后,凉水杯中的色素呈团状快速往杯底坠落。而热水杯中的色素,一进到水中便开始舞动着向四周快速弥漫,甚至不停的打着转,就像是踮着脚尖跳芭蕾的舞者旋转着身体,呈现出曼妙的舞姿。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(5)

​随着色素在热水中不断的翻滚、扭动、撞击,仅不到半分钟,热水杯中的色素几乎充满了整个杯子,并且逐渐趋于均匀。而同期的凉水杯中则是另一番景象,色素自由坠落杯底后,有一部分已经逐渐扩散开来,而杯子的中上部则还有大片区域未被色素填充。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(6)

​实在是太神奇了!是不是色素的原因导致截然不同的结果呢?接下来我们分别用绿色、黄色、蓝色这三种不同颜色的色素再来验证一下,实验结果与刚才看到的现象是一致的。热水中的色素很快扩散到整个杯子,而凉水中的色素只扩散了一部分,继续等待,凉水中的色素也能完全扩散至杯中的每一个角落,只是用的时间较长而已。为何会如此神奇呢?

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(7)

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(8)

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(9)

​原来,这是色素分子在凉水和热水中不同的扩散速度所致。物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到分布均匀的现象叫做扩散,也叫分子传质。密度差越大、温度越高,扩散速度越快。所以,色素在热水中的扩散速度明显要快于在常温凉水中的扩散速度。

任何物质的分子都在不停的做不规则运动,扩散现象就是分子热运动的宏观表现,扩散过程的本质是一种分子的传质过程。一般发生在一种或几种物质同一物态或不同物态之间,由于不同的密度差和温度差引起,大多数扩散是因密度差引发。在扩散过程中,分子需要挣脱彼此间的分子引力,并且分子需要能量来转化为动能,因此也就需要从外界来吸收热量。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(10)

高碳钢刀片,图片源于网络

​扩散是一种普遍存在的现象,在气体、液体、固体中都能发生。就扩散速度而言,在气体中最快,液体中其次,在固体中最慢。在气体和液体中,物质的传递方式除了扩散还可以通过对流来实现,而在固体中,扩散是物质传递的唯一方式。气体及液体的扩散人们比较容易理解,固体中的扩散比较抽象。在工业生产中,将低碳钢置于含有碳的渗碳剂中高温加热,使碳原子覆盖钢件表面并进一步向内扩散,从而制得硬度更高的高碳钢。又如半导体生产中,使特定的杂质在高温下由半导体晶片表面向内部扩散,从而改变晶片内部杂质浓度的分布和表面层的导电类型,都是固体扩散的具体应用。

科学小实验色素消失(魔力科学小实验)(11)

半导体晶片,图片源于网络

​科学奶爸要给大家提问了

如果在凉水杯中加入几勺食盐并搅匀,实验结果会怎样呢?底部留言讨论哦~

今天的小实验就到这里吧,欢迎大小朋友们在家积极动手实践,开展科学探究活动,培养孩子科学素养!

温馨提示:实验产物不得饮用,使用热水需谨防烫伤。请在大人陪同监护下操作本实验。

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