黑夜中的熊熊火焰,總讓人陷入遐思、充滿無窮的想像。火是光、是熱、是能量、是化學變化。學會使用火,是人類進入文明的關鍵大事。 對於火,人類從愚眛無知,到推出似是而非的[燃素說],到拉瓦節提倡正確的[氧化理論],歷經了好幾千年的漫長歲月。 科學界對燃燒現象,目前已完全透徹明瞭,對於火,不再感到神秘莫測了。這其中牽涉到氧化還原反應、牽涉到原子重新排列組合、牽涉到電子的轉移,牽涉到能階的改變,能量的釋放。 直升班最後兩堂化學課,帶領學生進入實驗室,探討有關燃燒的現象。學習實驗器材組裝,操作如何以排水集氣法收集純氧。了解物質燃燒與氧之間的結合關係。同時示範吸睛的煙火秀實驗,在熊熊火焰中,感受微觀世界中,原子重組、電子跳躍、光波振盪的科學之美。
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國二學生來問我有關科展的題材,剛好理化進度教到氧化還原反應,就介紹他們去研究銅金屬樹的生長情形。
實驗方法是將濾紙置於培養皿,加入適量的硫酸銅溶液,再於濾紙中央放上一塊鋅片,就會慢慢長出銅金屬樹來。 反應如下: 鋅 + 銅離子 → 鋅離子 + 銅 指導學生操縱不同的變因,去探討金屬樹的生長差異。實驗結果顯示:鋅片的面積大小、硫酸銅的濃度、溶液的酸鹼性,都會影響到金屬樹的生長。 硫酸銅濃度愈大、鋅片面積愈大,都可加快銅金屬樹的生長。至於改變溶液的酸鹼度,發現對金屬樹的生長影響極為不同。在鹼性的硫酸銅溶液中,銅金屬樹的生長極為緩慢,且長出的金屬樹不好看。而酸性的硫酸銅中生長的銅金屬樹,速度快,且形狀漂亮、色澤鮮艷。乍看之下,還有點像海底中美麗的珊瑚礁呢! 大量使用能源雖提升了人類的物質文明,卻也造成了始料未及的禍害,而造成酸雨危害,機乎遍及全球,危害極大。
由於人類大量使用煤、石油等化石燃料,燃燒後產生的硫氧化物(SOx )或氮氧化物(NOx),在大氧中經過複雜的化學反應,形成硫酸或硝酸氣懸膠,或為雲、雨雪、霧捕捉吸收,降到地面成為酸雨。 一般未被污染的雨水,pH值呈弱酸性,低於5.6便為酸雨(pH值愈小,酸度愈高);如今卻頻頻出現pH值小於3的強酸雨(幾乎與醋酸相當),不禁令人憂心忡忡。 酸雨會使存在於土壤、岩石中的金屬元素溶解,流入河川或湖泊,使得魚類大量死亡,並使水生植物及引水灌溉的農作物,累積有毒金屬,將會經過食物鏈進入人體,影響人類的健康。 酸雨會影響農林作物葉部的新陳代謝,同時土壤中的金屬元素因被酸雨溶出,造成礦物質大量流失,植物無法獲得充足的養分,而枯萎、死亡。 湖泊酸化後,可能使生態系改變,甚至湖中生物死亡,生態機能因而無法進行,最後變成死湖。 統一公司的油品系列推出一個「充氮保鮮」的廣告。什麼是充氮保鮮呢?
一般食品在與空氣接觸後就會被空氣中的氧氣氧化。油品氧化後就會產生過氧化物(peroxide),這些過氧化物有害人體健康,因此,在儲存過程中必須防止氧化的發生。其中的一種方法是在食品包裝內放置抗氧化劑,例如蛋糕或麵包內經常可找到。必須長期儲存的食品,如沙拉油、葵花油等更直接在油品上面覆蓋一層氮氣,以隔絕氧氣。 根據國外文獻及統一公司內部的儲存實驗,充氮後的油品在風味與過氧化值(POV)方面均優於未充氮的油品。 充氮雖可保鮮,它卻不是新鮮的技術,化學家老早就在使用它了。有一些化合物對空氣很敏感,只要一接觸空氣,就會分解、潮解、變質、甚至爆炸,這類化合物稱為空氣敏感化合物。 |