臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
常見消毒液的介紹及居家實作 ／ 陳映辛、林亭佑、江承翰
Sunday , 3, May 2020 家庭化學實驗, 第三十七期/2020年5月 Comments Off on 常見消毒液的介紹及居家實作 ／ 陳映辛、林亭佑、江承翰常見消毒液的介紹及居家實作 陳映辛1,*、林亭佑2、江承翰1 國立竹山高級中學國立東華大學cs60006@gm.chsh.ntct.edu.tw n 前言 從2019年入冬以來，流感和新冠肺炎肆虐全球，確診人數屢創新高，雖然衛福部建議大家勤洗手做好基本的防護，但是並非所有環境都能找到水源來洗手，這時候替代品就相對的重要！由於確診病例屢創新高，讓大家搶購消毒用品，只是市面上消毒抗菌品牌爆增，產品琳琅滿目，酒精、次氯酸水、乾洗手液、漂白水等，該如何用？何時用？可以消滅什麼病菌？一般大眾並不是很清楚的知道。本文介紹常用消毒液的消毒原理，並帶大家一起動手實作居家消毒液。 n 常用消毒液簡介 一、酒精 (一)殺菌原理 酒精含有的化學物質是乙醇(CH3CH2OH)，酒精的殺菌原理是因為可以讓蛋白質變性，導致細菌的死亡或病毒的失去活性。但是酒精濃度並不是越高越好，市售的95％酒精因為濃度過大，會使細菌、病毒的表面蛋白質急速凝固，形成硬膜，反而無法順利穿透到病菌的內部，因此病菌的內部仍是具有活性的。75%的酒精兼具蛋白質凝固作用和穿透效果，可以完全滲透到細菌、病毒體內，凝固病菌的蛋白質使其失去活性，達到徹底的殺菌功能。研究顯示，只要濃度介於70-78％的酒精都可以達到殺菌99％的效果。 (二)缺點 酒精具備高揮發度性，且味道刺鼻，噴在皮膚上容易帶走角質層上的水分，讓皮膚乾癢、緊繃進而造成過敏、濕疹等皮膚問題，常用皮膚變乾燥及粗糙。具有可燃性，不適合在密閉空間中大量噴灑使用，必須遠離火源，以免造成火災。 (三)使用方法及時機 75%酒精用在手部或是環境周遭、器物上都適用，將少量75%酒精噴在雙手上，手心、手背、指尖、指縫、虎口、手腕等部位要徹底搓一搓，來殺死附著在雙手上的病菌。民眾也可沾取適量酒精，擦拭日常生活中常用的物品，如手機、平板、鍵盤、滑鼠等3C產品，用來殺菌並保持清潔。 二、乾洗手 (一)殺菌原理 市面上乾洗手產品琳瑯滿目，組成成分類型相當多元，大致上主要以酒精、甘油、香精、高分子膠、三氯沙（triclosan）、三氯卡班（triclocarban）等成分組成。殺菌原理最主要還是利用所含的酒精成份使病菌蛋白質變性。乾洗手大部分做成凝膠狀，以減少酒精揮發度，尤其是幼童，建議以含有75%酒精的乾洗手凝膠取代酒精噴霧，以增加安全性。 (二)缺點 市售乾洗手的組成成分過於分歧，添加物太過複雜，所以在殺菌、抗病毒效用上也較難分析；尤其是含有三氯沙成分的產品，美國食品藥物管理局（FDA）及加拿大政府在2017年已經禁止銷售含有三氯沙的產品。所以選購時盡量選擇添加物少的產品。 (三)使用方法及時機 在沒有水源可以清洗雙手的情況下，不得已的折衷手部清潔方式，擠一些在雙手上，手心、手背、指尖、指縫、虎口、手腕等部位要徹底搓一搓，來殺死附著在雙手上的病菌，因為添加物較多，所以皮膚敏感者不建議使用。 三、次氯酸鈉（漂白水） (一)化學性質與特性 漂白水是一種强而有效的家居消毒劑，其主要成分是次氯酸鈉（Sodium hypochlorite, NaClO），能使微生物的蛋白質變質，有效殺滅細菌、真菌及病毒。1787年被法國化學家柏瑟列（Berthollet）將氯氣通入鹼液，製成次氯酸鈉，其反應如式[1]所示。 Cl2(g)+ 2NaOH(aq) → NaClO(aq) + NaCl(aq) + H2O(l) [1] 1820年法國化學家拉巴拉克（Labarraque）將次氯酸鈉當作漂白水來使用；英國化學家達金（Dakin）在第一次世界大戰時，用4%次氯酸鈉溶液幫傷患進行傷口消毒及清創，而他所發明的配方後來被命名為達金溶液（Dakin’s solution）。除了在醫學上的貢獻，次氯酸鈉在我們的生活也同樣扮演重要的角色，游泳池、廁所乃至於免疫系統，都可以發現次氯酸鈉的存在。 (二)缺點 漂白水稀釋前後都有一定的揮發和刺激性，民眾在稀釋及使用時應配戴口罩和手套，並保持在通風的環境下，以防止對皮膚及呼吸道黏膜造成刺激，吸入過多揮發氣體而造成頭暈、嘔吐不適感。漂白水遇熱和光會分解，絕對不要跟酸、氨、胺類成分混合，以免產生有害物質。漂白水與鹽酸反應會放出有毒的氯氣，如式[2]所示，常常在新聞裡看到民眾在大掃除時，將鹽酸和漂白水混用，而造成氯氣中毒。次氯酸鈉與大多數氮化合物反應形成揮發性一氯胺，二氯胺和三氯化氮，其反應如式[3]-[5]所示。因此，使用相關製品時應注意避免混合。 NaClO(aq) +2HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) + Cl2(g) [2] NH3(aq) + NaOCl(aq) → NH2Cl(g) […]
「膨」出甜蜜的滋味 許麗楨 桃園市八德區大成國民小學國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班n3a@dches.tyc.edu.tw n 前言 對於小學階段的孩子而言，喜歡上自然課的原因多半是因為「可以做實驗」。然而，有一部分的孩子也是因為「可以做實驗」而不喜歡上自然課。這是一個奇怪卻有趣的現象，一樣都是做實驗，為什麼會造成如此兩極的結果？直到筆者深入去訪談孩子們對於「參與實驗課程的感受」後，才發現原來有許多孩子在操作課本實驗時感受是無趣、乏味的。 筆者試著分析小學自然課本中的實驗操作，整理出幾項特質：第一、部分課本實驗與學生的生活經驗脫鉤，科學現象與生活經驗的連結性較差；第二、部分課本實驗呈現出的科學現象在日常生活中隨處可見，於是做實驗就只是「把常看見的現象再看一次」；第三、大多課本實驗較缺乏趣味性，學生在操作實驗時不覺得快樂，自然也就興趣缺缺。 為了嘗試改變孩子們對於自然課的想法、提升其學習動機與興趣，筆者思考將「趣味科學實驗」融入自然科領域教學的可行性。相較於課本中的「自然科學實驗」而言，將「趣味科學實驗」融入自然課教學中有幾個優點：第一、趣味科學實驗較貼近學生實際的生活經驗；第二、趣味科學實驗能將生硬的實驗現象用學生預料不到的方式呈現，以提升學生的學習興趣；第三、趣味科學實驗較為有趣，不但可增進學生對科學實驗的興趣，更可輔助學生對自然科課程的學習。 基於以上的論點，筆者決定以「熱對物質的影響」主題為例，於課程中引入實驗活動－「膨糖的製作」;此次實驗對象為國小六年級28位學童,在課堂中分成5組(依序為G1、G2、G3、G4、G5)進行操作觀察、記錄，並利用課後問卷與學習單了解孩子們對於課程與實驗的感受。 n 課程內容 Ø 「膨糖」簡介 「膨糖」，又名「泡糖」，一種台灣傳統的小零嘴，過去是指加冰糖於蛋白，經煮熟起膨後讓它凝固，形狀像輕石的餅乾；現在則指砂糖煮後加小蘇打粉。(圖一) 圖一「膨糖」成品 Ø 準備材料 二號砂糖、小蘇打粉、湯匙、酒精燈、三角架、水、小量杯、筷子、盤子。(圖二~圖六) 圖二 二號砂糖、小蘇打粉 圖三 湯匙 圖四 酒精燈 圖五 三腳架 圖六 水、小量杯、筷子、盤子 圖七 不時以筷子攪拌，避免燒焦 Ø 製作過程 1. 取10克二號砂糖，倒入大湯匙中。 2. 加水至大湯匙中，淹過糖面即可。 3. 將湯匙置於三角架上，以酒精燈加熱，讓湯匙中的糖完全溶解，再持續加熱，並不時以筷子攪拌，避免燒焦。(圖七) 4. 將糖漿煮至濃稠狀。 有兩種判斷方式： (1) 觀察泡泡 糖漿未濃稠時，泡泡小而多，冒得快。 糖漿變濃稠時，泡泡大而少，冒得慢。 (2) 準備一小杯清水，當糖漿滴於水中立即固結，不會擴散開即可。(圖八) 5. 移開火源，用筷子沾小蘇打粉於湯匙中攪拌，約20秒左右。(圖九) 6. […]
植物染缸論化學 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw n 前言 藍染產業是臺灣早期很重要的傳統產業，由文獻中得知，除了梔子、茜草、薑黃、鬱金等曾經種植為經濟作物的染料外，相思樹、薯榔、檳榔、艾草等也都曾是常用的染料植物。但是這些珍貴的歷史文化資產，隨著時代演變，化學染料的興起，步驟繁複的天然植物藍染已經被化學染料及工業技術所取代。化學染料雖然具有較好的色牢度與耐久性，但是卻有毒性與環境污染的隱憂。近幾年來世界環保意識抬頭，具有健康、安全及獨特性等特點的植物染料重新引起大家的注意，我們可以藉由植物染應用在教學實作上，讓學生對植物在生活應用上有了更深層的認識，並且瞭解植物種類及特性，引導學生了解植物染裡的化學變化及如何結合美學創作讓自己的作品更具有藝術性，同時藉由推廣植物染瞭解植物的種源及種植過程，尊重傳統文化裡先民的智慧。 n 家庭廚房開染房－黑豆染汁染 染布前先將布的素材精煉漂白，一般纖維在紡成纖維時會上漿料用樹脂包住纖維，讓纖維不會毛羽過長方便織布，而退漿就是將包住纖維的樹脂退掉，讓我們後面的印花加工和柔軟加工能深入纖維裡面去。 一般去漿方式是將棉布放入重量百分率2~3%的苛性鈉（氫氧化納，NaOH）來精煉，處理方式如下： 1.將棉布放入不銹鋼鍋中充分浸水。 2.以少量水溶解氫氧化鈉，再將其倒入步驟1的不銹鋼鍋中攪拌。 3.開火煮沸後，再加熱30~60分鐘，靜置放涼再以清水充分清洗。 在家庭廚房中多半是以熬煮的方式萃取色素，煮的時間就得憑自己的經驗，煮得太短，無法萃取出顏色，但是煮得太久，顏色會變得很混濁。使用的鍋具及刀刃務必使用不銹鋼，避免刀刃釋放出鐵離子，使染料變得很混濁。 熬煮萃取出來的色素可以將染布直接浸泡，或者也可以使用酸液或鹼液等使染汁呈現不同的的色彩。為使染料與布料充分結合，可以加入媒染劑，廚房裡最好使用明礬當作媒染劑，除了操作安全以外，也不會有重金屬離子的汙染。 黑豆染汁的化學原理 筆者示範的是黑豆汁染布，黑豆含豐富的營養素及礦物質，具有健脾利水、消腫下氣、滋腎陰、潤肺燥、止盜汗，烏髮黑髮以及延年益壽的功能。現代藥理研究證實，黑豆除含有豐富的蛋白質、卵磷脂，脂肪及維生素外，尚含黑色素及菸酸。熬煮黑豆後除了可將黑豆煮熟食用以外，所剩的汁液含有花青素，可以用酸液及鹼液調整染液的顏色變化。 黑豆皮含有豐富的花青素，而花青素（anthocyanins）是一種常見的植物色素，自然界有超過500種不同的花青素。花青素是由花青素配質（anthocyanidin）和一個或多個葡萄糖或半乳糖等所組成，存在於細胞漿中。黑豆皮所含的花青素主要是以飛燕草色素（delchindin）、錦葵花色素（malvidin）及芍藥花色素（peonidin）三種為主。這三種色素也是紫色高麗菜、紅蔥頭及藍莓的色素主要成分， 花青素的主結構如圖1所示，在不同位置接上數目不等的取代基而造成不同種類的花青素，其中R3’、R4’、R5’、R3、R5、R6和R7為−H、−OH或−OCH3。 圖1：花青素的主結構 花青素與食品化學息息相關，通常花青素很耐高溫，且在不同的酸鹼度下，會轉變不同的結構，並呈現不同的顏色，可以做為酸鹼指示劑使用。黑豆煮汁在加入醋酸後呈現粉紅色，應該也與黑豆含有花青素有關，其他例如紫色高麗菜中的花青素在酸中呈紅色，在中性呈紫色，在鹼中則呈黃綠色。 媒染劑在植物染上的作用 媒染劑的主要作用是做為衣料纖維與染料之間的媒介，使染布效果更明顯。原因是當纖維缺乏與染料之間的親和力時，染色效果會不明顯，此時需要用媒染劑，以達到染色的目的。常用的媒染劑分為天然的和合成化學的兩種，天然媒染劑如鐵銹、烏梅、稻草灰、木灰、茶花…等，化學媒染劑如醋酸酮、醋酸鋁、醋酸鐵、明礬等。當衣料纖維上的花青素與媒染劑的鋁離子發生配位共價作用時，就會形成金屬錯合物，如圖2所示。此金屬離子錯合物吸收光線並反射時，會使顏色變得更加鮮艷（因為光譜變得尖銳 且吸收的光更多）。此外明礬除了會使布的顏色更加鮮艷以外，染料的附著力也會更加穩固。 圖2：媒染劑的功能是作為花青素與衣料纖維的媒介 M：媒染劑；Cell：衣服纖維 一、需要的材料 1.去漿棉布250克（可裁成多塊正方形，做染色比較） 2.黑豆1公斤（棉布重量的4~5倍重） 3.明礬（KAl(SO4)2．12H2O）20克（棉布重的8%） 4.食用醋140毫升（約黑豆染汁的2%） 二、黑豆染布過程 1.約7升的水（棉布重量的30倍）放入生黑豆浸泡一晚【生黑豆易發芽，久浸後會在液面產生氣泡，所以須儘快處理，避免發臭】 2.隔天將黑豆煮沸，須注意過度沸騰，產生大量氣泡造成湯汁外溢，所以一旦沸騰時，須迅速將瓦斯轉成小火續煮20~30分鐘，如圖3所示。 圖3：煮沸後續以小火煮的黑豆汁 3.等鍋子放冷後，以濾袋過濾煮汁做為染液，黑豆可以放入乾淨的鍋子內，以新水續煮熟食用，如圖4所示。 圖4：將黑豆汁以豆漿濾網過濾 4.將準備好的棉布放入溫水中先浸泡潤濕。 5.將明礬媒染液加入約400毫升水中（重量百分濃度5%溶液）溶解。 6.先將浸濕的棉布放入媒染液中加熱，煮沸後轉小火續煮20~30分鐘。熄火後至水溫降至30~40℃時，再以溫水清洗二至三次脫水。 7.將煮好放涼的黑豆過濾液分成兩鍋，一鍋放入食用醋，一鍋則是純黑豆汁液，觀察兩鍋染液顏色的變化，如圖5所示。【黑豆原汁呈現灰黑色，加入食用醋後，黑豆汁液轉成深紅色】 8.將步驟6中浸泡過明礬的染布分成兩部分，分別放入步驟7的兩鍋黑豆煮汁內，煮沸後續轉小火煮30~60分鐘，熄火後等水溫降至30~40℃時，再以溫水充分清洗。 圖5：將食用醋加入黑豆汁汁液轉成暗紅色 9.將染好的棉布擰乾，續晾乾勿曝曬陽光，以免褪色，如圖6及圖7所示。 […]
化學玩金術創作飾品 劉曉倩 國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心torrina01092002@yahoo.com.tw n 錫的故事 西元1812年六月拿破崙帶領六十七萬大軍東征俄羅斯，然而這支堪稱史上最雄壯的隊伍卻在短短幾個月時間只剩兩萬人。殘兵敗將在同年十二月從莫斯科撤退，拿破崙宣稱敗給俄國的冬天，因為士兵在嚴冬、飢餓及疾病中潰不成軍，此次戰爭對於拿破崙在歐洲版圖的消長帶來極大影響，大軍在戰爭中損失慘重，並且再也沒有恢復士氣。 為什麼拿破崙的軍隊會在極短時間內潰不成軍呢？主要原因是士兵感染斑疹傷寒所致，這些斑疹疾病經由虱子傳播的，當時軍隊的衛生環境非常惡劣，所以虱子的傳播速度非常快，士兵們很快就因為軍隊裡衛生習慣不佳，患上了斑疹傷寒而一個個倒下。其次還有一個很特別原因是「鈕釦惹的禍！？」因為當時軍隊士兵所穿的外套、長褲甚至軍靴的鈕扣都是錫製的，一旦溫度下降，這些閃亮亮的錫製品就會逐漸變得黯淡無光，甚至開始瓦解成錫粉！雖然英勇又聰明的拿破崙應該不至於犯下這種錯誤，但是這個有趣的傳聞卻突顯了「錫」這個化學元素在歷史的定位。 回顧中國歷史，遠在青銅器時代（商朝），考古學家就以使用青銅器當作人類文化發展的一個重要階段，青銅是銅和錫的合金，因為其氧化物顏色青灰，故名青銅。由於青銅的熔點比較低，約為800℃，硬度又高，所以容易熔化和鑄造成型，當時主要以製作農業工具及武器為主。 這些隱藏在元素背後的歷史故事，讓我們在看待金屬元素時多了想像力，也增添了很多學習樂趣，Chemistry一詞源自於古希臘語，意指金屬的熔解與提煉的意思，因此學會掌握金屬的創造方法，正是呼應古老煉金術的精神！本文以錫金屬為例，師生透過實作過程循序漸進了解金屬，學會將日常生活器材改造成實用的工具，用以溶解金屬、自製模具並創作獨一無二的藝術作品，實現「Chem is try」玩金術！ n 錫的理化性質和用途 一、 錫的一般性質 錫的化學符號是Sn，原子序50，與碳、矽、鍺等同族金屬。純的錫有銀色的金屬光澤，且擁有良好的伸展性，活性比鐵要小，在空氣中不易氧化，因此常被用來作為其它金屬的防鏽表面處理，錫的重要應用是製合金，例如青銅、焊錫、鑄字合金、低熔點合金等，其中最為學生熟悉的是做馬口鐵，也就是在鐵表面鍍上一層錫保護層，馬口鐵被大量應用於罐頭工業。 錫被稱為古代金屬之一，古人使用錫金屬製作生活用品，因為其可以被高度拋光，且錫表面會形成保護性的氧化層，防止進一步的氧化。金屬錫即使大量被使用，毒性也很低，但是一些有機錫化物的毒性卻非常高，尤其是錫的三烴基化合物常被用作船的塗料漆，用以殺死附在船身上的微生物和貝殼，然而這些化合物卻也可以用來摧毀含硫的蛋白質。 二、 錫的物理和化學性質 常溫常壓下錫有二種同素異形體，主要是以灰錫（α錫）、白錫（β錫）的狀態存在。在室溫下，常見的是銀白色金屬白錫，富有延展性，比重較灰錫為重。當溫度降至13.2℃以下，它會慢慢變為粉末狀的灰錫，灰錫的晶體結構與鑽石、矽和鍺類似，屬於鑽石型晶體結構，如此一來錫金屬間產生類似共價鍵結構，電子不能自由轉移，所以延展性消失，呈現暗灰色的粉狀。 錫是兩性金屬，主要生成+2和+4價的氧化態，常見的化學反應如下： (1) 錫會溶於稀鹽酸，生成氯化亞錫（Tin(II) chloride），其反應如式[1]所示： Sn(s) + 2HCl(aq) → SnCl2(aq) + H2(g) [1] (2) 錫能溶於氫氧化鈉溶液中，生成錫酸鈉（Sodium stannate），其反應如式[2]所示： Sn(s) + 2NaOH(aq)+ 2H2O(aq) → Na2[Sn(OH)6](aq) + H2(g) [2] n 玩錫金屬創作飾品 化學的英文「Chemistry」起源於煉金術Alchemy一詞，即使是現代化學使用的許多儀器、實驗方法其實都是煉金術士的發明，而煉金術的符號系統也常被化學界採用，例如加熱符號「△」就是煉金術中火元素的記號。煉金術的實驗過程奠定了歐洲現代化學的基礎，即使偉大如牛頓都無法擺脫對鍊金術的迷戀，時至今日我們了解到，無法從一般金屬煉製成黃金，但是卻也可以利用錫熔點低的特性，創造出獨一無二的作品，體驗煉金術的過程呢！ 所謂「金屬鑄造」是指金屬加熱到熔化後，倒入特定形狀的鑄模，待其冷卻凝固成形的加工方式，而鑄模的材料可以是厚紙板、石膏、鋁箔紙…等等，自由發揮創作。 一、 煉金術基礎工具及材料 1. 不鏽鋼大湯匙（金屬材質要薄且把柄有隔熱為佳） 2. 金屬鑷子 3. […]
創意化學實驗—環保手動肥皂機 ／ 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉
Tuesday , 29, December 2015 家庭化學實驗, 第11期 / 2016年1月 Comments Off on 創意化學實驗—環保手動肥皂機 ／ 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉創意化學實驗—環保手動肥皂機 葉凡愉、周明毅、王冠智、沈明勳、黃琴扉* 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所*chinf1027@yahoo.com.tw n 前言 環境教育為目前我們極力推廣的教育理念，也希望此理念可以與各領域學科知識做結合，像是學生們在進行科學實驗課程時，也可以更有感地關心到他們的生活環境。其中，環保意識、水汙染防治的概念，更是要推廣到中小學的學生，以落實環境教育。國中理化有教導學生天然肥皂、合成清潔劑的原理與製程，天然肥皂的原料取得是比較環保，對環境的汙染低；使用過後排放到水中後是可以被細菌分解的，不會產生泡沫汙染。然而，合成清潔劑的原料取得為石化產品，在生產的過程中，對環境的傷害很大，並且排放到水中後會產生泡沫汙染。另外，市面上販售的合成清潔劑，可能還含有增稠劑、珠光劑、保濕劑、人工色素、香料、殺菌劑及防腐劑等化學添加物，因此，使用此種合成清潔劑，可能會導致洗劑殘留在皮膚上，侵入人體，並且可能會造成皮膚或肝腎的病變，對人體相當不好。 製作肥皂的方式大致上分為四種：熱製法、冷製法、再生法、融化再製法。目前國中理化實驗課大致上都使用熱製法教導學生製作肥皂。但是在實驗過程中，我們發現到：若是選擇不適當油品或者是加熱溫度過高，會產生不好聞的味道；然後最後製成的成品，也不太容易乾燥，這導致學生最終也不敢使用自己製做的肥皂。此種製作肥皂的方式，雖然學生學習到了實驗技巧，但如果實驗後就把成品都丟掉，那此實驗對環境是不友善的。有鑑於熱製法因需要加熱，對學生有危險性，加熱過程中，也有不好聞的氣味產生，因此我們選擇使用冷製法製作肥皂。冷製法做肥皂的過程，是無需加熱，並且不會有異味產生。但缺點就是要準備許多的容器裝原料，學生會覺得此實驗用到的器具過多，不好整理；然後需要用打蛋器攪拌四~五個小時，此過程是疲累而且無趣的。我們就此兩個缺點發想了一個「環保手動肥皂機」，希望可以藉此肥皂機，讓大家做起肥皂是輕鬆、簡單、環保，並且是有趣的。 為了提供一個更環保、更方便製作肥皂的器具，許多研究人員以及國、高中的學生都投入了環保手動肥皂機的研發。綜觀之前所有製作肥皂的實驗課程，是非常繁複，並且需要許多的器具，因此本文作者發想，是否可以製作一個一體成型的器具，只要使用這一個器具就可以輕鬆製作出肥皂，也不需加熱，所以我們就改良了身邊要丟掉的食物攪拌器，希望可以達到廢物利用的精神，開發出一個全新的「環保手動肥皂機」，然後再搭配本文作者研發之肥皂配方，就可以製作出天然、環保、又可以使用之手工肥皂。 n 裝置設計與製造肥皂 一、材料和藥品 廢棄的食物攪拌器（1公升） 1個、氫氧化鈉 75公克（購自五金行和化工原料行）、椰子油 125公克、棕櫚油 150公克、橄欖油 225公克、冰塊 150公克、電子磅秤 1個、量杯 1個、皂模 5個、紙碗 1個，如相片一所示。 相片一：所需材料和藥品（由左而右排列） 二、設計與製造過程 1. 先量出冰塊約150公克（±20公克），加入廢棄攪拌器中，如相片二所示。 相片二：將冰塊加入廢棄攪拌器中 2. 量出氫氧化鈉75公克，放入一個乾淨的紙杯內，如相片三所示。 相片三：氫氧化鈉75公克 3. 一邊攪拌冰塊，一邊慢慢少量加入氫氧化鈉（若一瞬間倒入，怕溫度突然升高），一直攪拌到氫氧化鈉完全溶解在水中，鹼水就製造完成，如相片四所示。 相片四：攪拌食物攪拌器中的冰塊並且緩辦加入氫氧化鈉 4. 當鹼水完成時，把攪拌器放置在電子磅秤上歸零，慢慢倒入棕櫚油（150公克）、橄欖油（225公克）、椰子油（125公克），如相片五所示。 相片五：油品由我們改良的食物攪拌器上方漏斗倒入 5. 開始手動攪拌，攪拌約20分鐘左右，當皂化混合液呈現黏稠狀即可（注意液體中若有浮油，表示攪拌不完全，需繼續攪拌），且避免皂化混合液中有氣泡，因為皂化成形時肥皂中會有空洞，如相片六所示。 相片六：攪拌完成的肥皂（內無空洞產生） 6. 當肥皂混合液完全攪拌成功時，再慢慢倒入皂模中，放置在陰涼處約一星期脫模，如相片七所示。 相片七：將肥皂混合液倒入皂模中 7. 依上述步驟，製作並且使用「環保手動肥皂機」，環保好用的手工皂就完成了。 n 原理和概念 一、皂化反應 油脂在鹼性溶液中加熱，發生水解反應，產生長鏈脂肪酸鹽（肥皂）和副產物甘油。肥皂分為鈉皂和鉀皂，通常稱鈉皂為肥皂。若鹼性物質使用氫氧化鈉，則生成鈉皂。若鹼性物質使用氫氧化鉀，則生成鉀皂。皂化反應如式[1]所示。 油脂 […]
創意化學實驗—親生活環保電池 ／ 黃琴扉、梁騏霖、劉嘉茹
Wednesday , 1, July 2015 家庭化學實驗, 第8期 ／ 2015年7月 Comments Off on 創意化學實驗—親生活環保電池 ／ 黃琴扉、梁騏霖、劉嘉茹創意化學實驗—親生活環保電池 黃琴扉*、梁騏霖、劉嘉茹 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 *chinf1027@yahoo.com.tw n 前言 環境教育是目前全世界亟欲推行的教育理念，而其中，節能省碳、節能省電的概念更是日常生活中環境教育的重點。能源與供電是近代人類發展與生活進步的重要驅動力，在日常生活中，人們可以利用能源來使冰箱運轉而保存食物，可以使電燈發光而提供夜間照明，也可以利用石油等能源，提供工廠的運作與汽車的驅動；由此可見，能源與供電對現在人類的生活有不可取代的地位。以日常生活中常見的1.5伏特乾電池（碳鋅電池）而言，其可應用於日常生活中的手電筒照明、時鐘及鬧鐘的轉動、小型電動工具的驅動等，然而乾電池屬於一次性電池，用完即需要回收，使用後會造成許多廢棄物的堆積與環境污染，而乾電池中的電解液若使用不當或放置過久，也會滲出鋅殼外層，導致化學物質外漏的危害，另外，鹼性電池使用氫氧化鉀當電解液，雖然可延長使用時間，但使用後仍需要回收，同樣造成廢棄物堆積與環保問題，而鹼性電解液若不小心外漏，更對人體皮膚造成腐蝕等危害。 目前市面上也有販售許多可充電電池，其電壓也維持在1.5伏特左右，使用的便利性與一般乾電池相似，更提供了可充電的優勢，因此降低了廢棄物的產生，也可以再次循環使用，但是其充電來源是採用家用供電系統進行充電，因此仍是耗費了家用供電能源。再者，充電電池的充電時間往往高達6-8小時，因此對於急需用電的民眾來說是非常不方便的，因此仍有可改善的空間。總結上述，目前的乾電池或充電電池，都需要採用化學物質當導電液，乾電池屬於一次性電池，用完即丟，造成廢棄物堆積，也不能重複使用，而充電電池雖然可以充電後再重複使用，但是其充電來源是家用供電能源，因此並沒有達到實際節省能源的功用。 為了提供一個更環保、更省能的電源，許多研究人員，甚至學生的科學覽展都投入了水果電池的研發。然而，綜觀水果電池的各類研究，大多數均嘗試在改良不同金屬片搭配後電壓大小，或利用不同的果汁、搭配不同濃度，進行相關研究報告。換句話說，傳統的水果電池製作方法，都是以不銅金屬片，插在不同的水果上面，進行電壓或電流的測試，其在操作時果汁的汁液會四處流動，而操作完畢後，那顆水果也無法再利用了；於是，每次要製作水果電池時，就必須再切一顆水果，然後弄得到處都是汁液，非常不方便，導致傳統水果電池的推廣性降低，實用性也降低。為了解決上述一系列的問題，本文作者自行開發了全新的「親生活環保電池」，其設計與組裝詳細說明如下。 n 原理和概念 電化學反應的原理如式[1]~[3]所示。 陰極半反應（銅線，正極）：2H+(aq) + 2e–→ H2(g) E°（標準還原電位） = 0.00 V [1] 陽極半反應（鋁線，負極）：Al(s) → Al3+(aq) + 3e– E°（標準氧化電位） = +1.66 V [2] 電池總反應：2Al(s) + 6H+(aq) → 2Al3+(aq) + 3H2(g) △E°（電位差） = +1.66 V [3] n 裝置之設計與製作 一、 材料和藥品 鋁線（4公尺） 1條、廢棄電線（15公分） 2條、鱷魚夾 4個、廢棄粗銅線（2公尺）1條、菜瓜布（不限顏色） 1塊、廢棄中藥罐（含藥罐蓋子，100 mL） […]
馬鈴薯電池的電化學實驗（上） 王楨、楊水平* 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw 乾電池是一種以金屬、碳棒和糊狀電解液來產生直流電的化學電池，常見的鹼性電池的成分為二氧化錳、鋅粉、炭粉及氫氧化鉀水溶液。在鹼性電池中，鋅粉和氫氧化鉀當作電池的陽極（負極），二氧化錳和炭粉作為電池的陰極（正極）。 本家庭實驗係利用常見的家用產品來製作馬鈴薯電池，探討馬鈴薯電池與鹼性電池的放電原理相同嗎？馬鈴薯電池輸出的電壓和電流及其內電阻與鹼性電池相同嗎？本實驗使用三用電表來測量單一及多個馬鈴薯電池在串聯和並聯時的輸出電壓和電流及電功率，並連接各種負載（如小型鬧鐘和紅光LED），測試需要串聯和並聯幾個馬鈴薯電池才能使小型指針式鬧鐘轉動或LED發光，如圖1所示。學生可以在家中與父母一起探討馬鈴薯電池：也可以在學校老師的指導下，在教室中完成此家庭化學實驗。 圖1：串連馬鈴薯電池與鬧鐘連接 n 家用產品 1. 馬鈴薯 1顆 【購自超市或大賣場】 2. 紅色及黑色鱷魚夾電線 9組（共18條） 【購自電子材料行】 3. 三用電表 1台 【購自電子材料行】 4. 一元硬幣（新製造的且最明亮的銅幣） 8個 5. 華司（Washer，直徑與一元硬幣約相同） 8個 【購自五金行或百貨行】 6. 水果刀 1支 【取自廚房】 7. 小型指針式鬧鐘 1台 【取自臥房、購自五金行或百貨行】 8. 紅光LED燈 1個 【購自電子材料行】 9. 電阻（100 Ω和200 Ω） 2個 【購自電子材料行】 n 實驗步驟 一、測量單一馬鈴薯電池的電壓與電流 1.取一顆馬鈴薯，用水果刀切成八等分。 2.取每一小塊馬鈴薯放置於桌上，馬鈴薯的表面朝上且切面朝下。 3.在此小塊馬鈴薯表面上的中間偏左邊，先用水果刀插入形成一凹痕，長度約兩公分，再插入一個新製造且明亮的一元硬幣，插入約2/3的面積。 4.接著在距離硬幣一公分處，使用水果刀插入形成一凹痕，長度約兩公分，再插入一個華司，插入約2/3的面積。注意：硬幣與華斯不可接觸，且兩者保持平行。 5.旋轉三用電表的調整鈕在「DCV（直流電壓）20」的位置，紅色測試棒插在“V/Ω”插座，黑色測試棒插入“COM”插座。用一條紅色鱷魚夾電線的兩端，一端夾住電表紅色測試棒(＋)，另一端夾住一元硬幣(＋)。用一條黑色鱷魚夾電線的兩端，一端夾住電表黑色測試棒(－)，另一端夾住華司(－)。測量此單一馬鈴薯電池的電壓（讀取穩定值）。如圖2a和2b所示。 […]
馬鈴薯電池的電化學實驗（下）／王楨、楊水平
Thursday , 17, April 2014 家庭化學實驗, 第1期／2014年5月 Comments Off on 馬鈴薯電池的電化學實驗（下）／王楨、楊水平馬鈴薯電池的電化學實驗（下） 王楨、楊水平* 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw é 承【馬鈴薯電池的電化學實驗（上）】 n 實驗結果和討論 A. 串聯馬鈴薯電池 馬鈴薯串聯數（個） 1 2 3 4 5 6 7 8 電壓（V），V 0.92 1.73 2.63 3.57 4.44 5.26 6.13 6.98 電流（I），mA 0.32 0.32 0.34 0.35 0.35 0.34 0.35 0.34 電功率（I × V），mW 0.29 0.55 0.89 1.25 1.55 1.79 2.15 2.37 小型鬧鐘可否運轉？ 否 否 否 否 可 […]