魔術吸水高分子
明道高中 程明亮
電視上經常有嬰兒紙尿布的廣告，強調的是:吸收尿液 後，仍然乾爽，不必立即更換尿布。那麼，尿液中的水分跑 那兒去了?過去也曾經有”包大人”紙尿褲的廣告，可以解決並 照顧植物人或失智老人的排遺問題，這些尿布或尿褲的內 層，都含有共同的超級吸水高分子，最常見的是一種叫聚丙 烯酸鈉(sodium polyacrylate)的高分子；另外還有一種叫聚丙 烯醯胺鈉(sodium polyacrylamide)的高分子，吸收水分後，很 快膨脹起來，形成很柔軟的含水高分子，因為顏色雪白，我 們可以稱為人造雪，今天，我們就要用三種不同的高分子來 設計一個有趣的實驗，比較一下它們的吸水能力有何差異，
以及吸水以後的觸感有何不同?化學簡直就像魔術一樣的神 奇。
原理：
聚合物因分子量很大，所以又稱高分子，超級吸水聚合物的吸 水原理是將此聚合物作成薄膜，而此薄膜又是一種半透膜，然後，以 此半透膜包住氯化鈉形成一顆小圓球，半透膜內是高濃度環境(因為 全部是鹽，沒有水)，半透膜外是低濃度環境，因此水分子會經由半 透膜由低濃度環境進入高濃度環境，當半透膜內外的濃度差越大時，
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水分子的滲透量越大，所以吸水高分子的吸水能力，取決於半透膜外 是什麼樣的”水”，根據實驗，如果是蒸餾水，約可吸收高分子本身重 量的 800 倍；如果換成自來水，因自來水中含有許多離子，所以只能 吸收高分子本身重量的 300 倍；如果是 0.9%的食鹽水(約相當於尿液 的濃度)，則僅能吸收高分子本身重量的 60 倍；利用半透膜的滲透原 理，超級吸水高分子還可以應用在衛生棉、保濕乳液、清涼紙巾、吐 檳榔汁的紙袋，或用來除去汽油中的水分。所以，化學跟生活是息息 相關密不可分的。
材料：
可溶性澱粉 12 克 聚丙烯醯胺鈉 12 克 聚丙烯酸鈉 0.5 克 燒杯(500 毫升) 3 個 免洗紙杯(小) 1 個 逆滲透水 800 毫升 報紙 1 張做法：
1. 上到”聚合物”單元時，可於上課前將 12 克可溶性澱粉倒入 500 毫升乾燥 A 燒杯中；再將 12 克聚丙烯醯胺鈉倒入另 一 500 毫升乾燥 B 燒杯中；最後將 0.5 克聚丙烯酸鈉倒入
紙杯中使三種粉末顆粒平鋪於底部，再帶至教室準備示 範。
2. 取另一個 500 毫升 C 燒杯，請同學量取 400 毫升逆滲透水，
備用。在講桌上先攤開報紙，告訴同學 A 燒杯與 B 燒杯中 各裝一種聚合物粉末或顆粒，我們要在裡面各加入 360 毫 升逆滲透水，看看有何不同?
3. 將 C 燒杯中的逆滲透水酌量(約 20 毫升)倒入紙杯中，拿起 紙杯告訴同學要將杯中的水倒入 A 燒杯中，但實際上傾斜 紙杯時，什麼也沒有流出，這是給同學的第一個驚奇。
4. 將 C 燒杯中的逆滲透水再酌量(約 20 毫升)倒入紙杯中，拿 起紙杯告訴同學:剛剛水太少，所以倒不出來，現在要把比 較多的水倒入 B 燒杯中，但實際上傾斜紙杯時，仍然沒有 什麼液體流出，這是給同學的第二個驚奇。
5. 告訴同學:紙杯口渴了，把水喝掉了，所以只能將 C 燒杯中 剩餘的水(約 360 毫升)加入 A 燒杯中，因為是可溶性澱粉，
所以只能形成澱粉液，總體積約 360 毫升。
6. 再用 C 燒杯量取約 360 毫升逆滲透水，自稍高處快速將水 倒入 B 燒杯中，12 克的聚丙烯醯胺鈉立即快速吸水膨脹，
當膨脹到滿溢至杯外時，同學的第三個驚奇全寫在臉上。
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7. 最後同學難免七嘴八舌討論和提問，老師自然要告訴同學 紙杯中的玄機，並說明三種高分子的成分。
動腦想一想：
1.
12 克的聚丙烯醯胺鈉中加入 360 毫升逆滲透水，可知兩者 之間混合的最簡比例是多少？2.
產生雪白的人造雪時，量一量 360 毫升的逆滲透水，最後 形成人造雪的總體積約為多少？3.
如果將半透膜內的氯化鈉換成其他可溶於水的鹽類，是否 仍有吸水效果？那麼使用氯化鈉，是怎樣的考量？4.
兩種吸水高分子在含水的狀態下，以手觸摸，觸感相同 嗎？如何描述你的感覺？
注意事項：
吸水後的高分子，可讓其在空氣中慢慢乾燥恢復顆粒狀。
本實驗承蒙國立中山大學化學系余岳川教授指導，在此一 併致謝。
