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[糖的溶解與濃差擴散] 百變彩虹動態秀~用彩虹糖玩色彩

糖衣遇到水居然能變幻出多彩幾何的視覺藝術?糖的溶解與濃差擴散,百變彩虹動態秀~用彩虹糖玩色彩

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2019-10-25 13:31:53 最後編修
2018-09-28 18:13:53 By zfang
 

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這篇彩虹糖在2016年10月就寫好了,已經刊登在科學少年實驗遊樂園了。

現在才發現還沒放在網路上,難怪要用的時候估狗不到~~

此處放的是我的初稿,跟科少美編潤稿後不太一樣,美編後版面很漂亮。

 

百變彩虹動態秀~用彩虹糖玩色彩

在民俗攤位看到傳統甜食「白糖蔥」的製作,動作熟練的師傅透過反覆拉扯糖膏拌入空氣而做出一根根白色脆脆中空糖。師父強調,「傳統甜食的材料都很單純,就只是蔗糖跟水,不像現在的糖果,裡頭添加了很多化學物質。」的確,翻開糖果包裝背後,砂糖、葡萄糖漿、棕梠油、檸檬酸、糊精、乙烯化己二酸二澱粉、香料、食用色素…等,還真有不少奇怪的添加物呢!

相較於糖蔥的潔白單純,彩虹糖便是具有香料與色素的糖果,含著的時候能感受外殼甜甜硬硬,咬開裡頭有著水果酸香滋味與甜蜜。彩色硬硬的外殼叫做糖衣,在很多藥丸上也能看得到它的存在。糖包衣覆在藥物外層可以避免藥物接觸到空氣,也可掩蓋藥物本身不好氣味。而糖果裹上糖衣,則是防止糖果沾黏,也透過鮮豔色彩吸引兒童對甜食的想像。

曾經做過牛奶抽象畫,利用清潔劑破壞牛奶表面張力的特性,使食用色素在牛奶裡產生流動混色效果。這回利用多彩糖衣要以更簡單的方式與原理,製作出具有豐富繽紛色彩且動感的視覺藝術!

實驗材料

主要材料:包覆糖衣且色彩鮮豔的糖果或巧克力,例如彩虹糖或M&M’s巧克力。
其他材料:小碟子、盤子、高腳杯(玻璃罐)、水、食用色素(做為比較)。

實驗步驟

[基本觀察~溶解與擴散]

1. 放一顆彩虹糖在碟子中央,倒入清水,水量要能淹過糖果一半高度。觀察糖果四周有什麼現象?一段時間後將糖果拿起,仔細觀察糖果底部,接觸到水的部分有什麼變化?為什麼會這樣?

 

2. 改變水溫重複實驗,冷水、溫水與熱水,結果有什麼不一樣?或改用其他液體例如汽水、牛奶、油…等重複實驗,也會跟水一樣有類似變化嗎?

3. 取一個高腳杯裝水八分滿,加一滴色素進入高腳杯中,色素在水中有什麼變化?重複實驗,將穿上線的彩虹糖懸吊放入水中,仔細觀察溶液的顏色變化,向四面八方散開?還是有特定方向?等待一段時間,看看最後結果。和單純滴加色素有什麼不一樣?

   

糖溶解後溶液密度變大,帶動色素向下快速流洩,而顯現雙層效果。

 

[幾何色塊]

1. 將二顆彩虹糖放在碟子中,保持一點距離。倒入清水觀察顏色的移動,當顏色逐漸碰在一塊,交界處有什麼現象?

 

2. 改變糖的數目、調整距離或改變擺放位置,重複實驗。產生的圖案有什麼規律性?等久一些,並觀察顏色混合的效果。

 

[百變彩虹色盤]

1. 將彩虹糖排列成圓形,加入清水,你發現了什麼?仔細觀察過程中的變化。等久一些,最後顏色會如何?

 

2. 改變彩虹糖的數目或不同擺放位置,呈現出來的圖形又會有什麼不一樣?試著設計出屬於你的幾何色彩畫。


3. 改用不同種的糖果,同樣是有糖衣,巧克力與軟糖做出來的結果有哪些不同?找些底部不是平的盤子、形狀不是圓的盤子,試試看,呈現出來的圖案有哪些不一樣?

實驗結果與原理

看到美麗彩虹色彩慢慢填滿空白,是不是比吃糖還有滿足感呢!

要了解彩虹糖遇水為何會產生燦爛的動態變化,得從溶解與擴散來討論。塗在糖衣外面的是色素,水溶性的色素遇水很快溶解。一開始只有周圍有顏色,接著就可以看到色素向外擴散。就像一滴紅墨水滴在水中,不經攪拌也會因水溶液中的粒子微小運動,而從高濃度往低濃度方向移動,直到最後均勻分散在溶液中。這現象稱為擴散。不過,單純色素擴散是方向不規則且緩慢,要產生實驗過程中如此強烈快速的顏色移動,關鍵在糖衣身上。

 

我們發現,隨著糖溶解,糖水濃度提高、密度變大而持續向下流動。糖水密度不斷增加,與周圍溶液有明顯的濃度(密度)差,就會形成一股力量帶動色素向外,往糖水濃度較低(或清水)的區域移動,速度比單純色素擴散快。交界處明顯顏色區隔只是暫時現象,時間一久會慢慢混色。水溫影響實驗結果,熱水中糖與色素的溶解與擴散速率都快,彩虹移動迅速,而冷水則較慢。色素溶解後,糖果就回復白色糖衣的模樣。糖果外層糖衣溶解後,底部會出現彩色小點,這是彩虹糖與盤子的接觸點。

 

用糖衣巧克力做出的結果與彩虹糖會有些差異,這是因為巧克力本身不溶於水,只有表層色素與糖衣能溶解,跟內層是軟糖的彩虹糖相比,少了糖的持續溶解產生濃度差,色彩就不見得能一路衝到圓心,且交界處特別容易混色。美麗的彩虹最後變成綠湖湖的溶液,看起來是不是很嚇人?

 

彩虹美,用彩虹糖混色形成的抽象畫更美!

  

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