自然界物質的變化,大體上分為物理及化學變化,化學變化前後,物質的本質會改變,而物理變化則物質本質維持不變。 不管物理或化學變化,都會伴隨著能量的轉移,像燈泡發光是物理變化,而蠟燭燃燒、酒精燈燃燒發光屬於化學變化,關鍵在於燈泡發光未涉及到本質改變,而蠟燭或酒精在燃燒過程中,本質發生變化,產生了新的物質。 一般同學比較困惑的是螢火蟲發光,到底屬於物理變化,還是化學變化?答案是:化學變化。要了解其緣故,還是得從螢火蟲的發光原理去深入探討。 螢火蟲 發光反應的反應式如下所示:螢光素 能在 螢光素酶 和 鎂離子 的催化下,消耗 ATP (三磷酸腺苷),並與 氧氣 發生反應,產生激發態的氧化螢光素、焦磷酸(PPi)、二氧化碳 。當激發態的 氧化螢光素 回到基態時,會釋放光子,發出黃綠色的瑩光。 發光反應的產物-氧化螢光素,在 ATP 提供能量的情況下,又會還原成 螢光素,使得發光過程得以周而復始。
反應中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放,只有極少部分以熱的形式釋放,發光效率約為 95%,螢火蟲也因此不會因過熱而灼傷自己。 人類到目前為止還沒辦法製造出如此高效的光源,當人類面臨資源潰乏及能源短缺的今日,如何更有效率的進行能量轉換,避免能量的耗損,恐怕還得向螢火蟲好好學習。
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目前國二理化進度為[酸鹼鹽],介紹濃硫酸的性質時,會特別提到其獨特的脫水性。為讓同學對濃硫酸脫水性有所了解,仍利用實驗課-酸鹼滴定的空檔時間,進行濃硫酸將蔗糖脫水成黑炭的示範實驗。強烈的視覺效果,相信會讓觀看的同學對濃硫酸的脫水性,留下極為深刻的印象。
濃硫酸的脫水性,主要來自硫酸分子中氧原子與水分子可形成極強氫鍵,當硫酸與有機物反應時,會按水分中氫、氧原子數2:1的比例,奪取有機化合物中的氫及氧原子,形成更穩定的水合物,同時釋放出高熱。 碳水化合物(醣類)經濃硫酸脫水後,會形成黑炭。 本實驗利用濃硫酸將蔗糖脫水成黑炭,過程中可觀測到蔗糖由白,變黃、變褐、變黑,同時黑炭體積不斷膨脹、向上伸展,伴隨著冒煙發熱等劇烈變化。這其中牽涉到下列兩個反應: 硫酸的脫水作用: C12H22O11 → 12 C + 11 H2O + 熱 硫酸的氧化作用: C + 2 H2SO4 → CO2 + 2 SO2 + 2 H2O 脫水後產生的碳,部份被硫酸氧化生成CO2,硫酸本身則還原成SO2,還有反應釋放的高熱,會使水分蒸發,由於這些氣體的作用,使脫水後生成的固態碳,體積迅速膨脹、且呈疏鬆多孔狀。 单击此处进目前國二理化進度為[酸鹼鹽],提到濃硫酸的特性時,會特別介紹其獨特的脫水性。濃硫酸的脫水性有多神奇呢!右側影片是濃硫酸將蔗糖脫水成黑炭的反應,強烈的視覺衝擊,相信會讓觀看的學生,對硫酸的脫水性留下極深刻的印象。
濃硫酸的脫水性,主要來自硫酸分子中氧原子與水分子可形成強氫鍵,反應時按水分中氫、氧原子數2:1的比例,奪取有機化合物中的氫及氧原子,形成更穩定的水合物,同時釋放出高熱。 碳水化合物(醣類)經濃硫酸脫水後,會形成黑炭。 本實驗利用濃硫酸將蔗糖脫水成黑炭,過程中可觀測到蔗糖由白,變黃、變褐、變黑,同時黑炭體積不斷膨脹、向上伸展,伴隨著冒煙發熱等劇烈變化。這其中牽涉到下列兩個反應: 硫酸的脫水作用:C12H22O11 12C + 11 H2O 硫酸的氧化作用:C + 2H2SO4 CO2 + 2SO2 + 2H2O 脫水後產生的碳,部份被硫酸氧化產生二氧化碳,硫酸本身則還原成二氧化硫,還有反應釋放的高熱,使水分蒸發,由於這些氣體的作用,使脫水後生成的固態碳,體積迅速膨脹、且呈疏鬆多孔狀。行编辑. |