洗涤灵（做个实验就明白了）

洗涤灵（做个实验就明白了）这是一个简单得不能再简单的实验了：撒些胡椒粉在水面，牙签沾一滴泡泡液或洗涤灵，往水里一点，胡椒粉迅速散了开去。

在科学小达人泡泡挑战赛上，拿泡泡液或能吹泡泡的洗涤灵做了这个实验的家长们，却被熊孩子的十万个为什么逼进了死胡同：

为什么胡椒粉漂在水上不沉下去？

为什么胡椒粉碰到洗涤灵就散开了？

洗涤灵是什么？为什么能去污？

所以，今天就给家长们讲讲为什么，回去好继续跟熊孩子们继续斗智斗勇。我们通过这一课，也学学如何引导孩子在做科学实验的同时，养成提问、探究的学习习惯，同时习得里面的科学原理：

专栏玩疯了科学实验课作者：玩疯了未来学院19币0人已购查看

小实验背后的大知识

1浮力

2疏水性和亲水性

3表面活性物质

4表面张力

5范德华力

在解释今天的实验现象之前，我们先试着从提问开始，引导孩子带着问题来做科学实验。

会问问题的孩子，学习成绩一定不会差。

问题一、胡椒粉为什么会浮在水面上？

建议大家先从如下三个小问题着手来引导孩子——

a小沙粒放在水面上会怎样？

b将碎纸片铺在水面上会怎样？

c将食盐或者白糖粒加在水面上会怎样？

有条件的话都带着孩子试一试。观察到的现象是这样的：

a将小沙粒放在水面上会怎样？

答案：会沉到水底。

为什么？

因为沙粒的密度比水大。

密度这一个概念，我们60节玩疯了大科学课中的39课《阿基米德在洗澡》中，有关于密度的详细的动画展示。

浮力的本质是物体和水之间的密度比值，这个比值也叫做比重。密度比水低的物体浮在水面上，比水重的会沉到水底，和水一样的，会沉浸在水中漂浮。

b将碎纸片铺在水面上会怎样？

答案：会被打湿，沉下水面。

为什么？

纸条被打湿，说明水分子可以渗透到纸条的分子缝隙中去。这个浸润现象，我们在60节科学大课中15课《乌鸦喝水》中讲解过，浸润现象是水分子钻到纸片的分子之间的缝隙里，于是纸片就被打湿了。

被打湿的纸片，密度变得比水大，于是沉到水面下。

c将食盐或者白糖粒加在水面上会怎样？

答案：会溶解在水里。

这一个关于溶解的知识，同样在《乌鸦喝水》这课里，物质分散成小的颗粒，均匀地分散水分子之间的缝隙中，就是溶解。

因此，对“胡椒粉为什么浮在水面上？”的解答是：

胡椒粉的密度比水的密度小，所以胡椒粉浮在水面上。

同时——

1）水分子没有渗透到胡椒粉里面各种物质的的分子缝隙之间，所以胡椒粉没有被打湿，变重而沉入水底。

2）胡椒粉的各种物质的分子也没有渗透到水分子中，胡椒粉也没有溶解在水里，所以在我们做实验的这段时间里，我们会看到胡椒粉均匀地漂浮在水面上。均匀漂浮的胡椒粉在后面的讲解中，我们会讲述其存在的特殊意义。

问题二：水面上的胡椒粉为什么是分散开的，而不是聚集在一起的？

在回答这个问题之前呢，也是，引导孩子层层提问，把它拆分成三个小问题——

a把食用油滴在水面上，油滴是分散开的，还是聚集在一起的？

b把两滴食用油滴在水面上的不同位置上，这两滴油滴是聚拢在一起，还是保持分散？

c当我们用小勺或者手把这两个油滴拨动在一起时，两个油滴会变成一个大油滴，还是继续保持分散？

a把食用油滴在水面上，油滴是分散开的，还是聚集在一起的？

答案：保持分散。

我们在23课《翻滚的泡泡》中讲述了脂溶性和水溶性。油和水不互溶，在水面上，油滴聚集在一起，成为一大滩。

b把两滴食用油滴在水面上的不同位置上，这两滴油滴是聚拢在一起，还是保持分散？

答案：保持分散。

c当我们用小勺或者手把这两个油滴拨动在一起时，两个油滴会变成一个大油滴，还是继续保持分散？

答案：变成一个大油滴。

因此，对“水面上的胡椒粉为什么是分散开的，而不是聚集在一起的？”解答是：

胡椒粉是食用香料，我们在54课《为有暗香来》里讲解了植物香气是来自于植物体内合成的某些小分子有机物质。这些小分子有机物质是脂溶性的。

胡椒粉里包含着大量的这类有机小分子，当把胡椒粉撒在水面上时，就如同问题b里的两个油滴一样，胡椒粉彼此分开。而脂溶性也解释了胡椒粉为什么没能被水打湿，最后沉入水底。

（关于有机物和无机物，玩疯了大科学课里多节课程都有论述）

问题三：均匀分散开的胡椒粉是被水面包裹起来的吗？

有两个引伸的问题——

a肥皂和洗涤灵为什么能去污？

b胡椒粉颗粒会被水紧紧包围吗？

a肥皂和洗涤灵为什么能去污？

答案：它们是表面活性剂，同时具备疏水性和亲水性。

在第24课《去污的奥秘》里，我们讲过极性物质和非极性物质，从分子层面解释了同性相溶的原理。

肥皂和洗涤灵的分子，疏水的一头扎入油污里面，与油污分子紧密结合；亲水的一头扎入水里面，与水分子紧密结合。

当搅动洗衣机时，随着水的转动，为了避自己的分子被撕裂，肥皂和洗涤灵就把污物从衣服上拽下来，这一幕情景，我们在课程里用生动的动画来给孩子演示：

b胡椒粉颗粒会被水紧紧包围吗？

答案：胡椒粉的有机物含量多，胡椒粉表面是疏水的。既然不喜欢水，和水的接触面积就会尽可能地小。

因此，对“均匀分散开的胡椒粉是被水面包裹起来的吗？”的解答是：

表面疏水的胡椒粉因为和水的接触面积会尽可能地小，因此看起来就像被水面微微地顶起来，而不是被包裹起来的。

水杯里的水面是凹面，也是这个原理，玻璃是亲水的，玻璃里面的分子和水分子的结合力大，会拉着杯子壁上的水分子在玻璃表面多往上爬一段，中间的液面凹下去了。

胡椒粉和水面的接触面上，两种物质之间的分子都不喜欢对方，不愿意互相靠近。

回答了这么多为什么之后，我们要进入正题了：

两种物质接触的界面上，有很多故事发生

通过上面的三个问题，我们知道，在两种物体的接触面上，两种物质之间的分子会上演一段爱恨情仇，就像两个国家的边境一样。

1、有时，来自不同物质的分子会互相喜欢，有时它们会互相排斥。

喜欢的时候，它们会拉近对方的分子，不喜欢的时候，则会把它们推得远远的。

比如非极性的疏水的食用油，和极性的亲水的水本人，和其他极性物质。

2、有的时候，它们不一定是喜欢，也不一定是排斥，只是力量太弱小，实在是没有办法给对方的分子一个温暖有力的拥抱。比如水面和空气交界处的界面。

空气中，各种气体分子之间的距离太大了，乃至在水面上空的空气各类分子数量太少。而水面上的水分子数量巨大，空气分子即使想拥抱水分子也拥抱不过来。

更何况，空气以氮气和氧气为主，氮气和氧气是非极性分子，原本就不喜欢水这种极性分子。

3、水面下面的水分子，四面八方都是水分子，不管哪个方向都被水分子紧紧拥抱，而水面上的水分子，由于要面对空气，空气又不能给予强有力的拥抱，于是在某一个方向上，无人拥抱。

水面上的水分子，它的受力情况如何？

它们会抱团取暖，彼此拉着对方，不让对方远离，于是产生了一种新的力，叫做表面张力。

表面张力，不仅和物质本身姓甚名谁，即物质本身的属性有关，也和对面的物质姓甚名谁，即对面的物质属性有关。因为叫表面也好，叫界面也好，两国交界处，既受这一国的影响，也受那一国的影响。

以荷叶上的水滴为例。

荷叶上的水滴有两个外部界面，一个对接荷叶，一个对接空气。

荷叶表面是疏水的，即荷叶表面的分子是排斥水分子的，总要把水分子推开。

空气以氮气，氧气为主，也是非极性物质，也不大喜欢水。另外空气的力气小，即使想拥抱水分子也拥抱不了。

因此水滴外表面的的四面八方都不被拥抱，于是它们就只好紧紧拉住彼此，这么一拉，外表面的表面积就缩小了，缩成了表面积最小的球形，所以荷叶上的水滴是很漂亮的圆球形。

表面张力本质上是什么？

表面张力的本质是范德华力。在玩疯了大科学60节课中，有多节课涉及到了范德华力，做好了知识铺垫。

在玩疯了大科学课第57课《弹力的本质》时，我们从分子内部电子运动瞬间产生的磁矩角度，从根本上对范德华力进行了深入透彻的解读。

范德华力的本质是什么？

物体内部分子之间的相互作用力，叫做范德华力。它既不是引力，也不是斥力，而是引力和斥力处于平衡状态时，两个分子之间的相互作用力。

当分子距离过近时，分子之间的排斥力加大，把两个分子推开，当分子距离太远时，分子之间的吸引力加大，把分子拉回去，直到引力和斥力重新达到平衡。

在水分子和空气的界面上，水面上的水分子密度比水中的低，分子距离加大，因此分子之间的引力加大，把分子拉得更紧密，重新让水分子之间处于一个相对平衡的距离，这个时候的范德华力，就是表面张力。

所以只有深入地理解范德华力，才能透彻地理解表面张力。

让我们回到“胡椒粉怕牙签”的小实验中。

水面上的均匀散布的胡椒粉，可以在一定程度上代表着在没有放入肥皂泡液之前，水面的水分子之间的表面张力情况。即代表着水分子之间的松紧度。

加入的肥皂泡液，里面是空气，外面是一层表面活性物质，表面活性物质的一个重要特点是：分子首鼠两端，一部分溶于水，一部分溶于油。它们的加入，让原本水面上因不被空气拥抱而被迫自己抱团的水分子，有了新的可拥抱对象，它们不需要再像以前那样，水分子之间紧紧拥抱，分子之间的引力和斥力就能达到新的平衡，所以水分子之间不那么较劲了，表面张力下降了。

由于水面上的一部分水分子被肥皂泡的分子取代，所以水分子被轻轻地推开，推到四边。而在表面张力强的情况下，水分子是不愿意离开彼此的，但是现在它们之间能分开了。

随着水分子被轻轻推开，水分子托举着的胡椒粉也随着水分子向四边散去。我们就看到了实验中，泡泡液把胡椒粉推开。这就是我们看到的实验现象。

但是原本紧张地绷着的水面被泡泡液打散后，我们还会注意到，原本因水面受表面张力而水分子之间彼此力度均衡的情况也被打破了，均匀分布的胡椒粉，不再均匀分布了，有的地方多，有的地方少，就如同原本均匀撒在紧绷的弹簧床上的粉末，随着弹簧床松垮下来，不再均匀分布一样。这个结果就是水的表面张力因泡泡的加入而降低后，从紧绷状态进入松垮状态后的结果。

如果时间久一些，胡椒粉还会搞聚会，如果把胡椒粉搅动到泡泡里，胡椒粉也会溶解在泡泡里，毕竟胡椒粉是有机物为主，喜欢肥皂泡非极性的那一部分。

一个小小的科学实验，背后蕴藏着诸多的科学原理。带着孩子玩，也要玩得明明白白，玩出好奇心。我们在科学小达人泡泡挑战赛等着你。