STEM-工程挑战 · 2020年3月2日 0

浴炸弹科学

难度 <! - 5 - >
所需时间 平均(6-10天)
先决条件
材料可用性 我们的合作伙伴可以提供该项目的套件主页科学工具。有关详细信息,请参阅材料部分。
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 使用烤箱需要成人协助。

摘要

你有没有使用浴炸弹清爽浴?浴炸弹是几种成分混合并模塑成一种形状,当它接触水时变得头晕。它可以是一个非常轻松的体验,特别是如果你的浴缸炸弹有一个很好的香味或包括一些浴盐。嘶嘶声是浴炸弹内不同成分之间发生化学反应的结果。在这个科学项目中,你将制作自己的自制浴炸弹,探索当你将它们扔进浴缸时,改变不同成分的含量会影响浴缸炸弹的眩晕。你可以使用你完美的食谱制作一些超级令人印象深刻的浴缸炸弹,甚至可以作为礼物赠送它们!

目的

调查如何改变自制浴炸弹中不同成分的含量会影响他们的头晕。

积分

Teisha Rowland,PhD,Science Buddies
由Svenja Lohner编辑,博士,科学伙伴

引用本页

此处提供了一般引用信息。请务必检查所使用方法的格式,包括大小写,并根据需要更新引文。

MLA风格

罗兰,蒂莎。”浴炸弹科学。” 科学伙伴,2018年12月1日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Chem_p105/chemistry/bath-bomb-science。2019年7月6日访问。

APA风格

罗兰,T。(2018年12月1日)。 Bath Bomb Science。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Chem_p105/chemistry/bath-bomb-science


最后编辑日期:2018-12-01

简介

如下图1所示的浴缸炸弹可以有各种形状,尺寸和喜庆颜色,具体取决于所使用的模具和染料。

自制海壳形浴炸弹的图片。
图1。使用贝壳模具制作的多色自制浴缸炸弹。

它们还可以含有多种成分,包括浴盐,各种香料和其他成分。也就是说,最简单的沐浴炸弹配方有几个关键成分:小苏打,柠檬酸和玉米淀粉。当小苏打和柠檬酸与一些水混合在一起时,它们经历化学反应。具体而言,该反应涉及酸碱化学,因为小苏打 – 也称为碳酸氢钠(NaHCO 3 ) – 是弱碱和柠檬酸(C 6 H 8 O 7 )是弱酸。该反应如下面的等式1所示。从等式1可以看出,酸碱反应产生二氧化碳(CO 2 )气体。当你将浴缸炸弹扔进装满水的浴缸时,这种气体会使泡沫产生泡沫。

等式1:

酸性或碱性物质如何通过称为 pH 的标度来测量,其范围为0至14.例如,酸性 pH值低于7,例如如柠檬汁或醋.碱性 pH值高于8,例如小苏打或漂白剂。中性pH值约为7,这通常是水的pH。有关这些主题的更多信息,请参阅 Acids,Bases,&amp; Sons上的Science Buddies网页.pH值

现在回到玉米淀粉在自制浴炸弹中的作用。这种成分可以作为干燥的”填料” ,与炸弹中的反应性小苏打和柠檬酸成分混合。在这个科学项目中,您将探索如何改变玉米淀粉填料的量对浴炸弹反应的反应速率的影响,换句话说,玉米淀粉的量如何影响浴炸弹的嘶嘶声.。化学反应的反应速率是衡量反应发生的速度,或反应物(小苏打和柠檬酸用于浴炸弹)产生的反应速度反应的产品(包括用于浴炸弹的CO 2 气泡)。浴炸弹溶解的速度越快,它所产生的CO 2 越多,它就越脆弱,反应越快。因此,您将通过计算浴缸炸弹在水中溶解所需的时间来测量反应速率。

你认为如果有更多或更少的填充物会影响浴缸炸弹的泡沫程度以及它们在浴缸中溶解的速度有多快?请注意,您将测试一个正常的浴缸炸弹配方,以及第二个配方中添加额外的玉米淀粉(并包含较少的柠檬酸和小苏打以保持总量相似)。你认为哪款能成为最令人印象深刻的浴缸炸弹?准备好了解!

术语和概念

  • 化学反应
  • 酸碱化学
  • 碳酸氢钠
  • 柠檬酸
  • 酸碱化学反应
  • pH值
  • 酸性
  • 基本
  • 反应速度
  • 反应物
  • 产品

问题

  • 当你将浴缸炸弹放入装满水的浴缸时,那些泡沫产生的泡沫是什么?
  • 您家附近有哪些酸或碱的例子?
  • 玉米淀粉在自制沐浴炸弹中的用途是什么?
  • 既然你知道最自制的浴缸炸弹是什么以及泡沫是如何形成的,你会想到会对浴缸炸弹的眩晕产生什么影响?

参考书目

要了解有关酸和碱的更多信息,您可以查看以下资源:

要了解有关浴炸弹反应(柠檬酸和碳酸氢钠之间)发生的化学反应的更多信息,您可以探索以下资源:


材料和设备  产品套件可用

  • Bath Bomb Science Kit,可从我们的合作伙伴处获得主页科学工具。包括:
    • 球形浴炸弹模具(6个球体)
    • 玉米淀粉(1磅)
    • 小苏打(1磅)
    • 泻盐(1磅)
    • 柠檬酸(8盎司)
    • 食用色素(红色,蓝色,绿色,黄色)
    • 香味(1/2盎司覆盆子,1/2盎司香草)
    • 防水温度计

  • 您还需要收集以下内容:
    • 大碗(4)
    • 遮蔽胶带或画家的胶带
    • 笔或永久性记号笔
    • 公制量杯
    • 植物油
    • 医药滴管
    • 量匙
    • 用于混合的叉子和勺子
    • 秒表或计时器
    • 可选:帮助您计算反应时间的助手。
    • 可选,但建议:烤箱
      • 注意:如果您生活在非常潮湿的环境中,请使用烤箱烘干浴缸炸弹,以获得令人满意的效果。请注意,您可以在170°F的烤箱中使用塑料模具。
    • 实验室笔记本
<! - 更新到新的HST套件 - >

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

推荐项目用品

获得正确的耗材 – 经过选择和测试,以便与该项目合作

项目套件:44.95美元 View Kit

实验程序

巴斯炸弹食谱

  1. 查看下表1中的成分列表,了解两种不同的浴炸弹配方。每种食谱的总量约为16汤匙。这应该使足够的浴炸弹混合物填充每个浴炸弹配方的球形浴炸弹模具的三半。务必在实验室笔记本中写下食谱。

泻盐

<食物着色

香味

巴斯炸弹食谱
配方名称 柠檬酸 小苏打 玉米淀粉 水植物油 近似总数
普通食谱 3汤匙。 6汤匙。 4.5汤匙。 1.5汤匙。 5滴 2.25茶匙。 2.25茶匙。 30滴 16.5汤匙
额外的玉米淀粉配方 2汤匙。 4汤匙。 7.5汤匙. 1.5汤匙。 5滴 5.5茶匙。 2.25茶匙。 30滴 17.5汤匙
表1。这里的每个浴炸弹配方都会产生足够的混合物来填充三个球形浴炸弹模具。量以汤匙(汤匙)和茶匙(茶匙)给出。

制造浴缸炸弹

  1. 使用遮蔽胶带或画家的胶带和笔或永久性标记,标记两个碗”正常” 和另外两个碗”额外的玉米淀粉。”
  2. 在第一个”普通” 碗中,按照上面表1中的常规配方将柠檬酸,小苏打,玉米淀粉和泻盐混合在一起。您的碗可能看起来类似于下面图2中的那个。
浴缸中的干燥成分混合在一起。
图2. 当您将干燥成分混合在一起时(柠檬酸,小苏打,玉米淀粉和泻盐),您的碗应该与此处显示的相似。

  1. 在其中一个”Extra Cornstarch” 碗中,按照表1中的额外玉米淀粉配方,将柠檬酸,小苏打,玉米淀粉和泻盐混合在一起。
  2. 你将制作所有三种普通浴缸炸弹的颜色,并且所有三个额外的玉米淀粉浴炸弹都是另一种颜色。这样,以后很容易将它们区分开来。确定您希望每种食谱的颜色,并在实验室笔记本中记下您的决定。 Bath Bomb Science套件有四种颜色可供选择:红色,绿色,蓝色和黄色。您还可以选择两种不同的香水:覆盆子和香草。
  3. 在第二个”普通” 碗中,按照表1中的常规配方将食用色素,水,植物油和您选择的香料混合在一起。添加您决定使用的颜色作为正常配方。使用滴管测量食物色素和香味的滴剂。当混合在一起时,这个碗可能看起来类似于下面图3中的碗。
    1. 在测量不同成分之间冲洗并清洁滴管和量匙。
    2. 请注意,这四种成分不能很好地混合在一起,因为两种是水基(食用色素和水),两种是油基(植物油和香料),但是尽量使用叉子和混合物他们在一起。
湿浴炸弹成分混合在一个碗里。
图3. 当您在第三个碗中混合水,植物油,香料和食用色素时,它应该与此类似(取决于您使用的食用色素的颜色)。

  1. 接下来,您将在步骤5中制作的湿混合物与您在步骤2中准备的正常配方的干燥成分混合在一起。(只有在您准备好时才进行此操作,因为您需要在一个步骤中执行步骤6-8这可能很棘手,所以在开始之前请仔细阅读以下说明:
    1. 在附近准备一把干净的勺子.
    2. 然后,使用清洁药滴管,在正常配方的干燥成分中加入几滴湿混合物。添加一滴湿混合物会发生什么?你应该看到它发出嘶嘶声;这是发生的浴炸弹反应!因为你不想让浴缸炸弹做出反应,所以用干净的勺子背面快速压下泡沫的地方。这应该可以阻止嘶嘶声(并留下一个潮湿的地方)。
    3. 用勺子停止反应后,将潮湿的地方与碗中的其他成分混合。你想尽可能多地均匀分布水分。
    4. 重复步骤6.b.-6.c.直到你的浴炸弹混合物具有正确的稠度。您可能不必使用所有湿混合物.重要事项:制作浴炸弹的一部分挑战是添加适量的湿成分。如果您生活在潮湿的环境中,您可能不需要添加所有的湿成分。制造浴炸弹会受到周围湿度的显着影响。
      1. 如果浴炸弹混合物看起来仍然膨胀并且甚至在你用一些湿成分充分混合后发出嘶嘶声,那么混合物可能会太湿而且浴缸炸弹将不能正常形成。不要试图”拯救” 混合物,最好重复步骤2,5和6重新开始,但这次减少了配方中的液体量.(您可以将”Extra Cornstarch” 干燥成分放在一边,以备日后将其存放在可密封的塑料袋中。)
        • 例如,而不是使用2.25茶匙。水,你可以尝试使用1茶匙。或0.5茶匙。
        • 需要调整食用色素,植物油或香精。
        • 如果您发现使用较少的水可以更好地使用正常配方,您将需要同样调整额外的玉米淀粉配方。例如,如果您最终使用1茶匙.(而不是2.25茶匙)的正常配方中的水,然后使用1.25茶匙。额外的玉米淀粉配方中的水少(例如4.25茶匙而不是5.5茶匙)。
      2. 也可以使浴缸炸弹太干燥。如果浴炸弹非常易碎,配方和浴炸弹混合物中可能没有足够的水。混合物应该足够潮湿,以便在用手指将小块压在一起时保持形状。如果浴炸弹过于干燥,它们会在干燥后分解。要解决此问题,您需要重复步骤2,5和6,但需要调整配方以便使用更多的水。获取浴缸炸弹配方中的水量是制作浴缸炸弹的一大挑战,并且可能在很大程度上取决于周围的湿度水平。
        • 例如,如果您使用的正常配方包括2.25茶匙。水,你可能想尝试用3茶匙重复它。水。
        • 同样,您不需要调整食用色素,植物油或香料的含量。
        • 如果您发现使用较少的水可以更好地使用正常配方,您将需要同样调整额外的玉米淀粉配方。
    5. 当您将湿成分和干成分混合在一起时,您的碗可能看起来与下图4中的相似。快速继续下一步,使混合物不会开始在碗中硬化。
湿和干的浴室炸弹成分混合在一个碗里。
图4. 将食谱的干湿成分混合在一起后,您的碗可能看起来与此类似。

  1. 使用干净的滴管将一滴植物油滴入六个球形浴炸弹模具中。然后用手指在表面周围涂抹油。这样做可以让您在干燥后更容易移除浴缸。
  2. 取出您在步骤6中制备的普通浴炸弹混合物,并将其放入三个模具中。一次加入一勺,然后用勺子的背面和/或手掌将混合物压入孔中。重要的是要小心地连续按压混合物,因为它被添加到孔中,这样浴缸炸弹变硬而坚固。均匀地将三种模具之间的混合物分开,尽可能地填充它们,如下面的图5所示.注意:不要将它们填充在轮辋上方,否则在干燥后很难取下浴缸炸弹。此外,如果您最终得到一些额外的浴炸弹混合物,请不要担心。太多太好了太多了!
浴缸炸弹混合物包装在模具中
图5. 使用浴炸弹混合物填充三个浴炸弹模具,在填充模具时不断向下按压混合物。

  1. 完成正常配方批量炸弹后,继续使用额外的玉米淀粉炸弹。在第二个”Extra Cornstarch” 碗中,重复步骤5,但这次将湿成分混合在一起,用于额外的玉米淀粉配方。使用您决定使用的颜色和香味作为额外的玉米淀粉配方。在测量不同成分之间,一定要冲洗掉并清洗滴管和量匙.
  2. 使用额外的玉米淀粉配方成分重复步骤6-8。
    1. 由于您已准备好正常配方并在步骤6.d.中根据需要调整配方中的水量,因此您无需再次调整水量。
    2. 尝试在步骤8中尽可能类似地填充浴缸炸弹模具,以填充正常配方浴炸弹。
    3. 如果你最终得到一些额外的沐浴炸弹混合物,请不要担心。
  3. 将所有浴缸炸弹模具放在盘子上,让浴缸炸弹干燥。
    1. 你可以让浴缸炸弹在室温下放置干燥过夜或使用烤箱。如果您使用烤箱,在将烤箱预热到170°F后,关闭烤箱并将烤箱中放入浴缸。让它们在(关闭)烤箱中烘干一个小时.提示:如果你生活在非常潮湿的环境中,建议在制作它们之后用烤箱烘干浴缸炸弹,以帮助它们干燥。
  4. 一旦浴缸炸弹干了,小心地将它们从模具中取出。它们应该类似于图6中所示的那些。您可以立即进入程序中的下一部分,测试浴炸弹,或者您可以将浴缸炸弹存放在密封的塑料袋中,直到您准备测试它们。
    1. 如果浴缸炸弹太脆,那么浴炸弹混合物可能已经干了。您需要通过混合干和湿成分再次开始,但调整配方,以便他们使用更多的水(见步骤6.d.).


    干燥的浴缸炸弹从模具中取出
    图6。干燥浴缸炸弹并将其移除后,它们应该看起来与这些相似。

测试浴炸弹

  1. 在您的实验室笔记本中,制作如下表2所示的数据表。您将在此数据表中记录您的数据和观察结果。

试验 温度
(以°C为单位)
溶解时间(以秒为单位) 观察
普通配方 1
2
3
额外的玉米淀粉配方 1
2
3
表2。在您的实验室笔记本中,创建一个像这样的数据表来记录您的结果。

  1. 在碗中加入热自来水(至少与浴缸炸弹的高度一样深)。使用公制量杯,以便您可以准确记录实验室笔记本中添加到碗中的水量。每次填充碗时加入相同的量。
  2. 使用温度计测量水温。要模拟浴缸,您需要水温度高,介于32°C(C)和43°C(或90°F和110°F)之间。在实验室笔记本中记录数据表中水的准确温度。
    1. 如果水的温度太低而不在温度范围内,请清空碗并用热水重复步骤2-3。
    2. 提示:为了让水达到您想要的温度,尝试用热水自来水冲洗碗,然后在冷却时测量温度,直到它在您的范围内希望它适合你的考试。
  3. 准备一个秒表或计时器,如果你有一个帮手,让他或她准备好反应的时间(即洗澡炸弹在热水中溶解需要多长时间)。
  4. 将一个正常的浴缸炸弹放入一碗水中,并在浴缸炸弹接触水时启动秒表。浴缸炸弹如何与水反应?观察浴炸弹如何溶解在水中。记录时间(以秒为单位[秒]),直到它完全溶解在实验室笔记本的数据表中作为试用1使用常规配方。
    1. 准确地说出浴炸弹完全溶解的时候可能很棘手,因为水可能会变得混浊并且浴炸弹会下沉。当浴缸炸弹停止冒泡时,用手指检查,如果你仍然可以感觉到水下浴缸中未溶解的部分。一旦你感觉不到任何坚固的浴缸炸弹碎片,就停下秒表。
    2. 记录您在实验室笔记本中的数据表中所做的任何其他观察。
  5. 使用另外两个普通浴缸炸弹重复步骤2-5,一次一个。每次在碗中使用相同量的水,并确保水的温度在您使用的原始温度的约0.5°C(或1°F)(正负)之内。请务必将结果记录在实验室笔记本的数据表中。
  6. 使用额外的玉米淀粉配方制作的浴炸弹重复步骤2-6,一次测试一个浴炸弹。这些浴炸弹和水之间的反应如何与您在普通浴缸炸弹和水中看到的反应相比较?
    1. 同样,确保水的温度在先前试验的约0.5°C(或1°F)(正或负)之内。
    2. 请务必在实验室笔记本中记录所有结果。

分析结果

  1. 计算每个食谱的平均溶解时间(以秒为单位)。将您的结果记录在实验室笔记本中。
    1. 例如,如果使用正常配方进行的三次试验中的浴缸炸弹在95秒,80秒和100秒后溶解,则正常配方的平均溶解时间为92秒(因为95秒+ 80秒) + 100秒= 275秒,275秒÷3 = 92秒)。
  2. 制作结果的条形图。将平均时间(以秒为单位)放在y轴(垂直轴)上,将两个不同的配方放在x轴(水平轴)上,为每个配方设置一个条形。
  3. 根据您的图表和观察结果,尝试回答以下问题:
    1. 哪个浴炸弹溶解得更快?
      1. 这与他们的反应率有什么关系? 提示:如果您需要了解反应率,请重新阅读​​背景标签中的简介。
    2. 哪种食谱制作了最令人印象深刻的浴炸弹?
    3. 如何使用或多或少的填料(即玉米淀粉)影响浴缸炸弹的嘶嘶声?
    4. 为什么你认为你得到了你的结果?

如果你喜欢这个项目,你可能会喜欢探索这些相关的职业:

化学家

环境中的一切,无论是自然发生的还是人类的设计,都是由化学物质组成的。化学家寻找并使用有关化学品的新知识来开发新工艺或产品。了解更多

化学工程师

化学工程师通过应用化学原理解决影响我们日常生活的问题。如果您喜欢在化学实验室工作并且有兴趣为人们开发有用的产品,那么作为化学工程师的职业可能就在您的未来。了解更多

化学老师

当您听到 chemicals,这个词时你可能会想到白大衣的实验室和科学家;但事实上,化学物质就在你身边,也在你体内。世界上的一切都是由化学物质组成,也被称为物质,或占据空间的物质。化学是物质的研究 – 它是由什么构成的,它的行为方式,结构和性质,以及它在化学反应过程中如何变化。化学教师是帮助学生了解这个物理世界的人,从我们自己身体内的反应到肥皂和洗涤剂的工作方式,以及为什么鸡蛋蛋白可以防止饼干崩溃。他们为下一代科学家和工程师做准备,包括所有医疗专业人员。他们还帮助学生培养科学素养。了解详情

化学技术员

化学技术人员所扮演的角色是每个化学,半导体和制药生产运营的支柱。化学技术人员进行实验,记录数据,并帮助在实验室中实施新的过程和程序。如果您喜欢实践工作,那么您可能会对化学技术人员的职业生涯感兴趣。了解更多



变体形式

  • 尝试将不同配方制成的浴液混合物制成双色浴缸炸药。你可以制作一个浴室炸弹,其中一部分比其他部分溶解得更快吗?这样做可以让它以某种方式移动或旋转吗?
  • 在这个科学项目中,你用热水测试了你的浴缸炸弹,但它们可能在较冷的水中溶解不同。你可以重复这个科学项目,但这次使用的是冷水而不是热水。根据水的温度,浴缸炸弹需要不同的时间溶解吗?
  • 您可以尝试使用柠檬酸替代品制作浴炸弹,而不是使用柠檬酸,例如牙垢或柠檬汁。与使用柠檬酸制造的浴炸弹相比,使用柠檬酸替代品制造的浴弹如何?
  • 在这个科学项目中,你试过改变玉米淀粉的量,但你可以尝试制作没有任何玉米淀粉的浴炸弹。如果制作没有玉米淀粉的浴炸弹,那么它们与用玉米淀粉制成的浴炸弹相比如何呢?他们不一样吗?
  • 对用于制作浴炸弹的其他配方做一些研究。这些配方中使用的化学反应与本项目中使用的化学反应有何不同?