臺灣四季盛產水果

許多水果經過果農們的改良與培養

甜度高、香味濃

例如金鑽鳳梨、玉荷包荔枝、愛文芒果和黑珍珠蓮霧等

其中黑珍珠蓮霧產於屏東縣沿海地區

顏色暗紅且甜度高

根據研究指出

因近海的土壤含高鹽分

使種出的蓮霧甜分更高

更有農民特地以海水來澆灌果樹

藉以提高蓮霧的甜度

這其中的科學原理是什麼呢？

首先

我們要先知道土壤中的鹽分對植物有什麼影響呢？

植物的生長所需的水分

是由根部細胞吸收土壤中的水分而來

而根部進行水分的吸收時

透過植物內部電解質濃度和土壤中電解質的濃度差

讓水分能夠滲透進入細胞內

我們可以用一個簡單的裝置來進行說明

在U型管的兩側裝入濃度不同的溶液

並用半透膜隔開

在半透膜兩側濃度不同的溶液具有不同的滲透壓

已知滲透壓公式如畫面所示

因為只有水可以通過半透膜

故水分子會由濃度低的溶液中往濃度高的溶液移動

使水柱高度上升至半透膜兩端壓力相等

假設熱帶雨林區內的氣壓與溫度

經年保持在1大氣壓與27度C

已知植物細胞內的電解質總濃度

相當於0.2 M的尿素水溶液

密度約為每立方公分1.033公克

若土壤中的電解質濃度極低

則熱帶雨林區內的植物高度最高可達幾公尺？

土壤中的水分進入植物後

可以利用滲透壓維持植物內水溶液的高度

並運輸至最高點

故利用兩邊的滲透壓差

可以估算植物可以生長的高度

故當植物內電解質的濃度越大

或土壤內電解質的濃度越小時

植物可生長越高

相反的

因為黑珍珠蓮霧生長在鹽分高的土壤

由於土壤滲透壓太高

使得水分較難進入植物內

使得植物內的糖分濃度高

所以蓮霧樹雖然長得不高

但甜度和風味卻極佳

運動過後

來罐清涼的運動飲料讓人全身舒暢

但人體細胞也和植物一樣

當我們飲用不同濃度、成分的飲料時

細胞內外的滲透壓會導致水分的移動

喝錯飲料反而會有反效果

假設運動完人體溫約37度C

細胞的滲透壓約為7.7大氣壓

同學們試著計算看看

下圖A、B兩牌運動飲料的營養標示

若只考慮其中含的果糖

氯化鈉和氯化鉀所造成的滲透壓

何者為較適合運動後補充水分的飲料？

A牌飲料中

粒子的總莫耳數為0.123莫耳

體積莫耳濃度為0.42 M

此運動飲料的滲透壓為10.7大氣壓

B牌飲料中

粒子的總莫耳數為0.072 莫耳

體積莫耳濃度為0.24 M

此運動飲料的滲透壓為6.1大氣壓

在計算粒子總莫耳數時

由於果糖為非電解質

故其凡特荷夫因子為1

每1莫耳的氯化鈉或氯化鉀則會解離出2莫耳的離子

故他們的凡特荷夫因子為2

在計算的時候千萬別忘了喔

在運動的過程中人體會流失水分

如果想要透過運動飲料補充流失的水分

需要選擇滲透壓小於細胞的運動飲料

故比較適合的為B牌

加入溶質的水

除了讓滲透壓變大外

另外還會造成蒸氣壓下降

沸點上升和凝固點下降的現象

而以上的變化皆和溶質溶於水後解離出的粒子數有關

我們稱為「依數性質」

含有鹽類的水溶液

除了有較高的滲透壓外

也有較低的凝固點

例如

一般海水鹽度約千分之35

在不考慮其他鹽類的條件下

即每1公斤的海水中含35公克的氯化鈉

其凝固點低於純水的凝固點0度C

2011年由英國廣播電視台BBC拍攝到的「死亡冰手指」

清楚拍到在海水溫度約負20度C的南極海域

在海水的表面生成向下延伸的冰柱

當冰柱接觸到海床時

會讓海床上的生物因為海水凝固被凍住

散布在海床上無法動彈的生物宛如海洋墓場

水的正常凝固點為0度C

但海水的鹽度約為千分之35

若假設海水中所含的鹽類皆為氯化鈉

試估算千分之35的海水凝固點約為多少度C

同學們想想看

為什麼海水在結冰時

並不是形成整片海水皆凝固

而是形成冰柱呢？

其實這些冰柱並非實心的結構

中間其實是中空的

當海水由表面開始結冰時

會將氯化鈉向下排出

使周圍海水的鹽度增大

這些鹽度增大的海水

會因為凝固點下降而不會結冰

但鹽度增大海水會因密度變大而下沉

下沉的過程中再使周圍的海水冷卻凝固

故只能形成小範圍的冰柱

而非整片海水皆凝固成冰

生活中有很多的現象

都和溶質溶於水後解離出的粒子數有關

在今天的影片中

我們介紹了依數性質中的兩個特性

滲透壓和凝固點下降

其中電解質溶解時

需考慮其凡特荷夫因子

才能得到正確的數值

吸水後會膨脹的「水晶寶寶」可以代替土壤來種植植栽

水晶寶寶的主要成分是丙烯酸

丙烯醯胺的共聚物

原本為體積很小的固體顆粒

加入純水後體積會慢慢膨脹

由此現象你可以判斷水晶寶寶的內外

哪裡屬於滲透壓大的部分？

除了將水晶寶寶烘乾

我們又可以如何縮小水晶寶寶的體積呢？

歡迎在底下留言告訴大家你的想法

我們下次見