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利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動 / 廖旭茂、林翊菲、陳淳煜

Monday , 4, May 2020 Comments Off on 利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動 / 廖旭茂、林翊菲、陳淳煜

利用智慧型手機結合App探究化學平衡移動 廖旭茂*、林翊菲、陳淳煜 台中市立大甲高級中等學校 教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com   n  簡介 本文延續上一篇在本刊刊出的文章「鈷錯合物多段感溫變色棒」[1],初次使用智慧型手機結合App,調查並紀錄不同條件下,顏色發生的變化時RGB色碼值的變化,藉此探討化學平衡的移動。 在中學化學實驗上,溶液的濃度高低的判斷除了目測比色法外,就是使用相對精準的分光光度計,但分光光度計價格較為昂貴,除專題、科展外難以普及至一般的課堂,讓每一個學生都能參與實驗觀察。在一次氯化亞鈷的平衡移動實驗中,看到學生關於藍顏色的記錄,分別為淺藍色、海洋藍、紫羅蘭、靛藍,心想這樣的紀錄實在不夠客觀,也不符合科學探索原則,於是順口問了學生一句:「可以利用App來記錄溶液的顏色嗎?」,接下來要學生開始搜尋適合的辨色App,後來學生找到了ColorMeter Free – color picker(安卓系統),因為安卓手機較為普遍,也開始了我們使用該App紀錄顏色的旅程。下圖為學生首次利用手機App紀錄試管內溶液的顏色。 圖1:圖左為App的下載位置截圖,圖右為學生使用App來做為溶液顏色鑑定過程 在網頁設計時,顏色採用的標示有幾種方式[2],有一種是使用RGB色彩碼,標記方式是RGB(0~255 , 0~255, 0~255)。RGB值為(255, 0, 0)為純紅色,(0, 255, 0)為純綠色,(0, 0, 255)為純藍色,(255, 255, 255)為白色,(0, 0, 0)為黑色;另一種是設計師常用的16進位碼Hex,表示法為1個#,後面加上六位數字,如純紅色的色碼值紀錄為#FF0000、純藍色的色碼值紀錄為#0000FF、純綠色的色碼值紀錄為#00FF00;最後一種是HSL(Hue, Saturation, Lightness)色彩碼寫法,如HSL( 120,  50%,  20%)。本次使用的較淺顯易懂的RGB色彩碼,其中每個顏色數值會是0~255 共256種數值,每一種顏色都有一個RGB色碼值,因此混合後總共可以產生256×256×256等於16,777,216種網頁色彩。 除了課堂的實驗外,我們更將手機顏色的辨色功能應用在更多的化學平衡的探究上,在第三屆的綠色化學創意競賽專題–「勒沙特列的綠色圓舞曲」[3],以智慧型手機鏡頭結合色碼鑑定App作為顏色觀測與紀錄工具,於安卓手機中分別安裝「Colormeter free」與「Color identification」App,用RGB色碼值,分別記錄氯化亞鈷、氯化亞銅、澱粉–碘錯合物在不同溫度下顏色變化。 n  器材與藥品 一、器材: 10毫升玻璃試劑瓶10支、20毫升的燒杯、小標籤紙、塑膠滴管3支、10 mL小量筒2支、玻棒1 支、1mL塑膠針筒1支、溫度計1支、600 mL燒杯2個、加熱板1台、冰塊一些、紫光雷射筆一支、抗UV護目鏡。 二、藥品: 無水氯化鈣CaCl2、氯化亞鈷晶體CoCl2.6H2O、UV光膠。 n  實驗步驟 一、溶液RGB色碼值的測量方法 1.溶液的測量:配置好的溶液置入12孔多孔盤中或10毫升玻璃樣本瓶等容器中,下層墊一張白紙將手機固定於一般手機會固定在相機架上,放大倍率5.0倍,以固定距離拍攝物體。        圖2:搭配ColorMeter Free App,以手機紀錄溶液顏色的過程   […]

利用簡易光電比色法測定溴瑞香草酚藍的解離常數 / 廖旭茂、林翊菲、陳淳煜

Sunday , 5, May 2019 Comments Off on 利用簡易光電比色法測定溴瑞香草酚藍的解離常數 / 廖旭茂、林翊菲、陳淳煜

利用簡易光電比色法測定溴瑞香草酚藍的解離常數 廖旭茂*、林翊菲、陳淳煜 台中市立大甲高級中等學校 教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com 簡介   基礎化學(三)中提到可逆反應會因為反應物的濃度與溫度的變化,而改變反應行進的方向,而造成現象的可逆變化可以用勒沙特列原理來解釋。關於平衡常數的測定實驗,多年來都是以硝酸鐵與硫氰化鉀反應生成血紅色的硫氰化鐵離子,再以比色法求出相關溶液的濃度,藉此求出平衡常數。本實驗聚焦在課本化學平衡中平衡常數測定實驗的改良,以溴瑞香草酚藍(Bromothymol Blue,以下簡稱BTB)的解離平衡常數Ka的測量取代課本的硫氰化鐵的比色實驗,並與標準儀器分光光度計(UV-Vis)測量結果進行比對。BTB是常用中性範圍變色指示劑,實驗用量低,使用後可完全回收再利用的特性,可以降低環境造成負擔;靈敏但便宜的光電二極體取代昂貴的分光光度計,除減輕學校購置的財務壓力外,也可以讓學生透過麵包板的簡單電路,學習組裝簡易量測儀器,學習進階的比爾定律。  朝向設計低毒性化學藥品取代有毒藥品實驗、改進實驗流程和化學藥品可回收再使用的實驗設計,除了能印證課本的勒沙特列原理外,更能有效降低有毒物質的使用及排放,達到綠色化學永續經營的目標。     器材與藥品 一、器材: 每組需要:可攜式簡易型光電比色計(組件材料包括:光電二極體、可變電阻、LED燈泡、麵包板等)。比色管6根、塑膠滴管數支、電源供應器等,Vernier分光光度計1台(比較用)、pH計一台。  二、藥品: 溴瑞香草酚藍(Bromothymol Blue,以下簡稱BTB)、0.1M HCl(aq)、0.1M NaOH(aq)。      研究方法與步驟 一、 簡易光電比色計的原理: 1.       本實驗用電子元件套件購自易儀科技,相關原理可參考其出版的探究與實作一書[3]。光電二極體(photodiode SP-1KL)為光強度的偵測器,將通過樣品溶液的不同強度的光轉為電壓訊號;以紅、黃、綠、藍、白各色LED發光二極體為測試光源,找出最適合的光源;以黑色發泡板製成的比色液槽,作為放置塑膠比色管的容器;利用可變電阻控制LED燈光源的電流大小,避免燈泡被燒毀;因光電二極體輸出的光電流不大,故使用一個1MΩ的使用電阻調整光電二極體輸出的電壓。作法上先以蒸餾水作為空白測試,假設以可變電阻調整電壓約為V0伏特,當溶液的顏色變深時,通過的光電流會變小,輸出的電壓(假設為Vt)也會變小,溶液越濃時,量測的電壓值越小。同理,V=IR,在固定電阻情況下,光電二極體輸出的電壓V值可與光電流I成正比;套用比爾氏定律,溶液的吸收度A= – log ( It /I0) ( I0為光源的強度,It為光通過溶液後的強度), 其中A = – log ( It /I0)亦可以A= – log ( Vt/V0)表示,下圖為光電比色計的核心機構圖。 圖1:光電比色的機構圖 2.       有關比色的方法都是遵循的Beer’s Law[4],A代表吸收度,ε為吸光係數,為光通過的路徑長,c為溶液的濃度;溶液越濃,吸收度A越大。Beer’s Law如下式所示: …………[式1] 3.       此簡易型光電比色計,電源一般可使用電源供應器調整適當的電壓即可;亦可使用9V電池經過7805穩壓晶片及一個可變電阻,亦可提供穩定電源給Led光源。下圖為簡易型光電比色計的簡圖。   […]

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