「大象牙膏」變成「碘沖天泡」 倪行健 臺中市立長億高級中學 nsc100100@gmail.com n  前言 如果每一個實驗都發展成為一個小型的科展，會不會更有趣？每位學生都像是一位小科學家，他們會不會更有成就感？ 因此，我就將研習自化學學科中心假豐原高中所辦，施建輝老師主持，楊水平教授所演示的「阿拉丁神燈暨大象牙膏」，引進自己的實驗課程，讓各組學生自己自製設備，如圖1~3所示。透過控制變因實驗法，在不同的操縱變因下，進行「大象牙膏」實驗，並觀察、記錄其現象，最後還要討論其因果並發表分享。    圖1：學生自製「大象牙膏」裝置的零件 圖2：學生自製「大象牙膏」的裝置 後來，為了節省藥品的消耗，因而改良為「小象牙膏」（「碘沖天泡」）的微型實驗，如圖2所示，這是一方面為環保，另一方面是碘化鉀（KI）並不便宜。但是，這就少了學生自製設備而且能夠大量噴發牙膏泡的驚艷樂趣，真是兩難呀！ 圖3：「小象牙膏」（「碘沖天泡」）設備及其零件，(a)管子的長度不同（左）和(b)管子的長度不同（右） n  設備與變因說明 「大象牙膏」（圖1）：操縱變因為管子的長度。控制變因為雙氧水濃度（倒入保特瓶）、碘化鉀、碳酸鈉及沙拉脫的量（置入側管錐形瓶）。 「小象牙膏」（「碘沖天泡」）（圖3）：(a)操縱變因為管徑的粗細。控制變因為管長、雙氧水濃度（吸入針筒並由試管的側支注入）、碘化鉀、碳酸鈉及沙拉脫的量（置入側支試管）。(b)操縱變因為管子的長度。控制變因為管徑、雙氧水濃度（吸入針筒）、碘化鉀、碳酸鈉及沙拉脫的量（置入側支試管）。 n  藥品與用途說明 1.      雙氧水（hydrogen peroxide）：30%（本實驗的主角，其分解反應式：2H2O2 → 2H2O + O2） 2.      碘化鉀（potassium iodide）：白色粉末，當作催化劑（碘離子，I−才是本反應的真正催化劑） 3.      碳酸鈉（sodium carbonate）：白色粉末，強鹼物質（在強鹼的條件下，I−不會變成I2，才能維持I−的催化反應，並且生成H2O及O2。在酸性下，I−則會變成I2，無法生成O2。），說明如下： (1)   在酸中（過氧化氫溶液具弱酸性），碘離子被雙氧水氧化產生碘分子（難聞的且有黃色的I2），不會產生氧氣，如反應式[1]所示。由於酸的量不多且酸的強度不高，本實驗僅產生少量的I2。 H2O2(aq) + 2I─(aq) + 2H+(aq) → I2(aq) + 2H2O(l)    [1] (2)   為抑制碘分子的生成，本實驗加入強鹼的碳酸鈉。在強鹼中，過氧化氫才能維持I−的催化反應，相關反應如反應式[1]～[5]所示。其中反應式[2]中CO32─(aq)來自Na2CO3(aq)，反應式[5]在I─的催化下，生成水或水蒸汽和氧氣。 H2O2(aq) + 2I─(aq) + 2H+(aq) → I2(aq) + 2H2O(l)    […]

趣味化學玩具：神奇鐵磁流體的玩法與合成 黃蕙君*、邱姿蓉 國立大甲高級中學 *m97242016@mail.ncue.edu.tw n  影片觀賞 本文介紹神奇的磁性流體（ferrofluid）兩種玩具，分別購買於東京科學技術館和台北誠品書局，適用於年齡12歲以上的對象，本影片提供兩項玩具演示的趣味過程，並在文章中介紹奈米鐵磁流體的成分、合成方法及其背後的科學原理。 影片網址：鐵磁流體的合成（Synthesis of ferrofluid），http://youtu.be/_Fa2-MDPusc。 n  簡介 神奇的奈米磁性流體是由奈米磁顆粒、界面活性劑以及承載溶劑所組成的，1960年代中期，美國航空太空總署（NASA）科學家Papell經由長時間的研磨磁鐵礦，形成超微粒子，混合超微粒子與界面活性劑，使界面活性劑吸附於顆粒表面，並讓磁性微粒分散於溶媒中，而研發出磁性流體。磁性超微粒子的研發，解決了在零重力狀態下，火箭液態燃料輸送控制、太空衣可動部位的真空閉密材料等問題（見參考資料1）。當外加磁場時，磁性流體會隨著磁力的大小，產生高低不等的突出峰，近年來各大博物館都會展出結合音樂旋律、燈光效果的磁性流體的科學小劇場，最有名的是於2009高雄科學工藝博物館推出，由日本藝術家兒玉幸子打造的「Morphotower 變形尖塔」裝置藝術，參觀過的人莫不鼓掌、讚嘆。 近年來，更有業者應用磁性流體原裡，投入益智玩具市場，這些玩具操作簡易，除新鮮、驚奇之餘，且富含科學知識。本文除介紹兩種磁性流體玩具外，也介紹合成鐵磁流體的合成方法，並相互比較其中的差異性。 n  藥品與器材 一、   磁性流體玩具：圖1為兩種磁性流體玩具，圖左的鐵磁粒子溶於有機溶劑中，溶液成棕黑色，購買於東京科學技術館；圖右的鐵磁粒子置於蒸餾水的封閉玻璃罐中，購買於台北誠品書局。   圖1：兩種磁性流體的外觀 二、   合成材料包括：0.25 M的氯化鐵（Iron(III) chloride, ferric chloride）、0.25 M的硫酸亞鐵（Iron(II) sulfate, ferrous sulfate）、0.5 M的氨水、25%的氫氧四甲銨（Tetramethylammonium hydroxide, TMAH or TMAOH）、油酸（Oleic acid）、乙酸乙酯（Ethyl acetate）、蒸餾水、強力磁鐵、滴定管、磁攪拌器、攪拌磁石。 n  實驗步驟 一、神奇磁性流體玩具的操作 1.      打開玩具（圖1左圖）包裝盒，拿出吸管，於裝有磁性流體的離心管內吸取少量的黑色液體，注入培養皿中，接著放置強力磁鐵至於培養皿下，觀察液面上的變化。隨即移走磁鐵遠離培養皿，觀察磁性流體的變化。相關變化如圖2所示。 圖2：磁性流體的突出峰效應明顯，具有良好的流動性。 2.      玩具（圖1右圖）的磁性流體放置在裝有蒸餾水的玻璃罐中，可藉由磁鐵吸引，將液體狀的磁性流體吸附到玻璃罐壁上，觀察磁性流體的變化。接著取出兩個強力磁鐵，在罐體兩側不同距離吸引磁性流體，觀察磁性流體拔河、相互牽引的效果。隨即將磁鐵移開玻璃管壁，觀察磁性流體的狀態。相關觀察結果如圖3所示。 圖3：在兩側強力磁鐵的吸引下，水中的磁性流體呈現拉鋸狀態。 二、鐵磁流體的合成 1.      取8毫升的0.25 M硫酸亞鐵溶液和16毫升的0.25 M氯化鐵溶液，倒入錐形瓶中（或燒杯中），緩慢地滴入50毫升的0.5 M氨水，並以磁攪拌子均勻攪拌，同時觀察溶液顏色的變化。滴定過程溶液顏色的變化如圖4所示。 圖4：滴入氨水前溶液的顏色（左），滴入氨水後溶液中有黑色生成物（右）。 2.      […]