「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.      […]

國際志工服務—在馬來西亞推廣化學驚奇實驗 李錡峰、李哲宇、許乃月、楊水平* 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n  緣起 教育部為鼓勵國內大專校院學生參與國際志工服務，培養學生對國際社會人文關懷之使命感、責任感，拓展國際視野履行世界公民之義務，磨練學生所學專業知識與技術能力，並藉以增進臺灣與其他國家人民間相互瞭解及交流，特訂定「教育部補助大專校院學生參與國際志工服務要點」。在其要點的「國際志工服務項目」包括：有關教育輔導、社區營造、醫療衛生、生態保育、人道關懷與救援、協助第三世界友邦國家提升技能服務及其他國際志願服務等項目。 國立彰化師範大學依據教育部規定，特制定「國立彰化師範大學國際志工服務計畫獎補助要點」，並制定「103年度馬來西亞教育志工交流計畫」，其目的有四：（一）鼓勵本校學生踴躍參與本校國際志工服務學習活動。（二）鼓勵本校學生藉服務增進教學知能及專業素養，並經由體驗式學習與國際接軌。（三）鼓勵本校學生拓展國際視野，培養對國際社會人文關懷之使命感。（四）鼓勵本校學生將專業回饋社會，將愛心奉獻給人群，提升「服務學習」的範疇與視野。 在青輔會的支持下，2009年7月國立彰化師範大學首次舉辦「志」在四方海外國際志工「暑期創造思考研習營」，在吉隆坡臺灣學校禮堂舉行。參加此次志工服務有15位準中等學校教師，來自各個不同學系且接受完整的師資培育課程。對滿懷教育服務熱忱的志工們，經由參與此次研習營拓展其國際視野，培養出對國際社會人文關懷的使命感與教育愛心的奉獻精神。 n  交流目標與參與動機 近年來國立彰化師範大學積極推動國際教育志工，計畫旨在推動兩國之間的交流，並以數理科為基礎及課業輔導，推動科學教育，輔以協助學生品德、體能、生活及生涯規劃輔導之課程。此外，本校為師資培育之師範大學，針對具有師資培育資格之學生，能藉此以教育志工為基礎，從做中學，使彼此有所增益。103年彰化師範大學師陪生赴馬來西亞國際志工交流計畫的目標為：（一）培養並精進本校師資培育學生所學專業學科知識以及教學能力。（二）增進多方面教學經驗並增進學生與其他國家人民間交流，發展師資培育之學科能力。（三）培養學生對國際社會人文關懷之使命感、責任感，發揮史懷哲精神，實踐志工服務以及有教無類之理念。 化學是一門與生活非常貼近的學科，生活中處處有化學，把化學這門科目轉變為學生的興趣是我們此行最大的目標。對於馬來西亞的中學生來說，雖然化學是一門較乏味的、艱深的科目，但是中學生通常對於具有震撼性、爆炸性及驚奇性的化學實驗甚感興趣。因此，我們除了教授課本上的知識外，同時也規畫一些有趣的化學驚奇實驗於課程中，以激發學生對於化學的興趣，並期望透過化學活動讓學生獨立思考並探討化學的世界。 對於我們來說，能夠親臨馬來西亞的現場教學是非常難得的機會，而達到教學相長是我們最快樂的事情，希望帶給學生們更多不一樣的課程，讓學生不再害怕化學。本次化學教育推廣活動在馬來西亞的濱華中學（馬來西亞民辦的華文中學之一，也是巴生四獨中之一，位於雪蘭莪州巴生），以下為國際志工服務—在馬來西亞推廣化學教育的企畫流程圖（圖一），為了讓馬國學生有較佳的學習成效，我們根據不同面向去分劃課程，以隨時適應不同的教學環境及學生。化學驚奇實驗的示範教學是本次推廣化學教育的重要項目。 圖一：國際志工服務—在馬來西亞推廣化學教育的企劃流程圖 n  教學現場 化學示範教學不僅能製造令學生產生好奇和驚訝的感覺之外，更能讓學生對於化學發生變化印象留下深刻並激起學習的興趣，使學生更願意對其深入思考並進行深入的討論。 本次活動的授課教師有：國立彰化師範大學化學系學生李哲宇、李錡峰和許乃月，指導教授為楊水平老師。化學示範實驗的規畫以酒精為主軸，包含「燒不破的紙鈔」和「酒精槍」兩個單元，其優點為藥品在當地可以方便取得（化學藥品無法過境到馬來西亞），酒精較無毒性也較安全。 以下是本次活動的示範教學過程和教學說明，以「燒不破的紙鈔」為例。 1.        首先，教師取一張玩具鈔（假鈔），浸泡於95%酒精後，然後點火燃燒，玩具鈔立即燒毀（圖二）。 【教學說明】：學生對於火焰、或是爆炸的實驗感到興奮，當教師燃燒玩具鈔時，可以引起學生的注意。若沒有特別注意紙鈔是假鈔，有些學生會認為教師真的把「紙鈔」燒毀了。 圖二：教師點火燃燒紙鈔（假鈔） 2.        教師再拿出一張真鈔（當地的馬幣），浸泡於事先準備好的酒精溶液（各50 mL的水與酒精混合液、再加約30 g的氯化鈉固體，並攪拌促進溶解），然後點火燃燒，這次鈔票不會燒毀。 【教學說明】：對此階段的示範，學生可能會預期紙鈔（如同紙張一樣）會被燒毀，但是學生對此次「燒不破的紙鈔」的現象感到十分驚奇並產生疑惑（圖三）。 圖三：學生對「燒不破的紙鈔」感到驚奇和疑惑 3.        教師與學生互動討論，為何鈔票不會燒毀？（圖四）。 【教學說明】：透過學生對於示範實驗引起的好奇心，引導學生討論紙鈔為何無法被燒破的原因。利用小組問答的方式作為討論的基礎，讓學生思考與討論，然後讓學生進入動手做的階段。 圖四：教師與學生互動討論 4.        學生親自動手做，人人都可以成為「紙鈔燒不破」的魔法師（圖五）。 【教學說明】：教師向同學徵求真實的紙鈔（馬幣），讓學生親手操作「燒不破的紙燒」的實驗。當燃燒真鈔的幣值越大時（當時使用馬幣50元，相當於台幣約500元），台下的同學也會更加的興奮緊張，如此可以加深同學對於本實驗的印象。 圖五：學生親自動手做「燒不破的紙燒」 n  學生學習回饋 受限於時間和其他因素，以五個選項來分析學生對於我們的教學的滿意度：5表示非常滿意、4表示滿意、3表示普通、2表示不滿意、1表示非常不滿意，本次施測對象為高一理一和高一理二共兩個班，統計結果如表一所示： 表一：學生的學習感受分析結果 科目 教師上課的音量 教師教學的方式 課堂的理解程度 講義簡單明瞭 高一理一班 4.26 4.24 3.90 3.81 高一理二班 4.50 4.33 […]