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3M Science at Home: Camille Schrier, a scientist who was crowned Miss America 2020, as she explains diffusion and how substances move though water

擴散作用

甚麼條件會影響水中物質的擴散呢?

核心概念

  • diffusion icon
    擴散作用
  • temperature and molecules icon
    温度與份子

     


  • 簡介

    您用顏色水筆在圖畫上填色時,有沒有發現當兩種顏色相遇會互相滲透呢?在課堂裡,您們通常會平均地分散坐在不同地方,抑或會全部擠在一起呢?雖然前者關乎化學特性,後者則屬社交互動,但其實都是擴散作用的例子。

  • 背景

    擴散是因為物質粒子運動,令物質混和一起。擴散可以發生在任何物質,但在液體和氣體裡發生的,最常被察覺得到。擴散通常指份子由高濃度移動至低濃度的地方。而運動的速度就視乎份子的能量而定。試想想,比起在睡房,您會更快在廚房旁邊的客廳嗅到廚房美味的香氣,因為食物香味的分子需要較長時間才擴散到睡房的空間裡去。您會在這個實驗中認識溫度如何影響食用色素與水的混合。

  • 預備

    1. 把最冷的自來水注入一個玻璃樽內,半滿即可
    2. 另一個玻璃樽則注入最熱的自來水,份量同樣是一半
  • 步驟

    1. 試猜猜:食用色素在冷水和熱水裡的移動會有甚麼不同呢?
    2. 同時間把2至3滴食用色素放進兩樽水裡去,不要搞動或混和。
    3. 看看食用色素怎樣了,它在熱水中的移動,跟在冷水裡有分別嗎?
  • 觀察與結果

    食用色素在熱水中的混合比在冷水中要快,因為熱水裡的水分子比冷水裡的水分子擁更多能量,所以運動得更快,也令染料更容易在熱水中混合。由於擴散是從高濃度移向低濃度的,所以分子運動越多,它們混合在一起的機會就越大。高能量熱水的擴散模式非常重要,因為這是我們如何把氧氣輸送到體內所有細胞的方法。當肺部的毛細血管-> 微絲血管中有脫氧的血液時,肺部的氧氣就會從肺裡面較高濃度的地方擴散到血液較低濃度的地方,使紅血球可以帶着氧氣送到身體每個部份。

  • 清理

    完成實驗後,務必清理乾淨。擦去任何濺溢的水跡。將水倒入洗手盤裡,然後清洗玻璃樽。把食用色素放回原來的地方。

  • 探索更多

    在這個實驗中,在熱水和冷水中添加的食用色素溫度都相同。您認為食用色素的溫度會否影響擴散作用呢?把食用色素添加到水裡前,您能找到安全加熱或冷凍食用色素的方法嗎?您可以根據第一次實驗預測可能發生的變化嗎?

    另外,請想想您在哪些地方見過擴散作用發生。例如,為什麼咖啡和茶總是用熱水沖開的呢?如果找到一個使用熱水或冷水又關乎擴散作用的例子,您可試試用相反温度的水進行實驗,然後觀察結果是否有別。

  • 安全第一與成人監督

    • 請小心按照實驗說明進行操作。
    • 每個實驗應有負責監護的成年人協助。
    • 儘管在家裡進行科學實驗是令人興奮的學習和實踐科學的方法,但必須注意,有些實驗可能要求參與者採取額外的安全措施,以及/或者會把地方弄得髒亂。
    • 成年人應負責或協助處理可能有危險的材料或尖銳物品。
    • 在進行實驗前,成年人應檢視實驗內容,並決定學童的年齡是否適合參與該些活動。