化學與社會

化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔III〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔II〕

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約10分鐘，學生實驗操作：約60分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。家庭作業（學生回答問題）：約15分鐘。

● 本實驗可結合高中「敘述性化學」課程，介紹氫氟酸的製備及反應，延伸至氫鹵酸性質的比較，以及生活中各種含矽的物質、半導體等內容。

● 由於氫氟酸溶液在實驗操作上有一定程度的危險性，因此本實驗以較安全的氟化氫銨固體代替氫氟酸溶液。由學生親自配製玻璃蝕刻膏，增加實驗的參與度，感受自己完成作品的成就感。

● 自行準備玻璃器材時，提醒學生要確定是玻璃材質，市面上許多透明飲料瓶實際上為壓克力材質（可以重量判斷之）。

● 利用吹風機加熱玻璃的表面，會加速玻璃蝕刻膏對玻璃的蝕刻，此操作涉及化學動力學，溫度愈高反應速率愈快。

● 玻璃蝕刻膏稠度需足夠，否則靜置時溶液滴落，會造成圖樣不可逆的損壞。配製的玻璃蝕刻膏為白色膏狀物，容易控制用量與配製濃度，而且不透明，若有滴落可立即處理，相對之下較為安全。

● 在玻璃蝕刻後，用自來水清洗用，再用吹風機吹乾，才容易看出蝕刻的結果，檢視成品是否有瑕疵。

化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔II〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔I〕

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

A.圖案設計

1. 取一個欲蝕刻的玻璃容器或玻璃片（如鏡子），先以清潔劑洗淨玻璃的表面，風乾備用。

2. 在塑膠貼紙上設計圖案，用小刀割下，然後黏貼圖案於玻璃的表面上，如圖二所示。

圖二 在玻璃的表面貼上塑膠貼紙圖樣

化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔I〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

本實驗的目的是利用較安全的氟化氫銨（ammonium bifluoride），學生自行配製玻璃蝕刻膏（glass etching cream），設計有美感的圖案（pattern），在玻璃表面上進行蝕刻（etching），然後發揮巧思以顏料妝點，創作自己獨特風格的藝術化作品！如圖一所示。學生還可以帶回自己的作品，加以裝飾美化，在家中擺設增加生活美學，這真是展現了化學實驗與美感的結合。

圖一 學生的玻璃蝕刻作品

化學教室活動：食用色素和螢光筆色素的濾紙色層分析（Paper Chromatography）［III］
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「學生講義之二」

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師解說實驗原理：約10分鐘，教師介紹實驗步驟：約15分鐘，學生組合實驗裝置並進行濾紙色層分析：約35分鐘。實驗記錄並觀察色素和染料的數目：約25分鐘。家庭作業（回答問題）：約15分鐘。

● 實驗時，老師要提醒學生濾紙圓心處的孔洞不可太大，心蕊必須剛好緊密地與濾紙結合。若孔洞太大，則會使溶劑展開不順利，而造成色層歪斜（非圓形）的狀況。

● 一般含有深顏色的食物含有食用色素，例如MM巧克力和酸梅。雖然展開的顏色比較淡，拍照無法看到明顯的色層，但是可以用肉眼觀察到是否為單一色素。

● 教師也可以安排多餘的時間（如專題研究或社團活動），讓學生嘗試使用其他的展開溶劑或溶劑對，繼續進行食用色素、螢光筆和其他含色素物質的濾紙色層分析。

● 本實驗為無安全顧慮以及對環境低污染，除可在教室進行之外，學生也可以在家長的監督下在家裡進行。

化學教室活動：食用色素和螢光筆色素的濾紙色層分析（Paper Chromatography）［II］
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「學生講義之一」

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

一、食用色素分離

1. 教師上課時，放置配製好的高濃度食用色素溶液在講桌上，供全班使用。這些食用色素溶液可能為單一種的或混合多種的食用色素所配製而成的。使用每一燒杯分配的一支牙籤沾取食用色素，務必不可混用而交叉污染。

2. 取一片110 mm的濾紙，在圓心處利用一支牙籤鑽出一個直徑約2 mm的小圓洞。然後到講桌前，利用指定的一支牙籤沾食用色素溶液，點滴在小圓洞附近，形成色素的圓點直徑約1 cm，並利用吹風機吹乾，如圖四所示。若食用色素的顏色很淡，則在吹乾後，再利用相同一支的牙籤點滴色素，重複兩到三次以增加顏色的深度。

圖四 在濾紙的圓心處穿一小洞並在圓心處點滴食用色素

化學教室活動：食用色素和螢光筆色素的濾紙色層分析（Paper Chromatography）［I］
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

在日常生活中，我們常常接觸到色素和染料，例如：食物裡添加食用色素、染頭髮的染劑、彩色書本和雜誌的印刷顏料、廣告顏料、原子筆和麥克筆的墨水，這些有顏色的物質是單一種色素或是混合物呢？你想知道市售螢光筆（圖一）是多種螢光色素所組成的嗎？

圖一 市售螢光筆是多種螢光色素所組成的嗎？ 圖片來源：photosteve101, http://www.flickr.com/photos/42931449@N07/5418401602/

化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［III］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［II］

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作（含器材清洗）：約40分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。學生回答問題（師生問題討論或家庭作業）：約20分鐘。

● 本次實驗使用的還原劑（氫硼化鈉溶液）必須新鮮配製。若靜置半小時或一小時後再使用，則氫硼化鈉水溶液會與空氣反應而逐漸失效。若使用非新鮮配製氫硼化鈉 溶液，則只能得到黃褐色的奈米銀溶液，而非鮮黃色的奈米銀溶液，如圖七所示。若靜置超過一小時以上，則僅能合成出相當淡的橘黃色銀奈米粒子，且廷得耳效應 不明顯。再者，此淡橘黃色溶液在約一小時後就會褪色而呈無色。因此，此溶液必須在使用前新鮮配製，才可達最佳的實驗效果。

圖七 未使用新鮮的氫硼化鈉溶液會合成出淡橘黃色的銀奈米溶液

化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［II］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［I］

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

A. 銀奈米粒子的製備

1. 配製氫氧化鉀和酒精的洗滌液：在通風櫥內或通風良好之處，取60 g氫氧化鉀（KOH）溶於60 mL的蒸餾水中，待完全溶解後，置入此水溶液到一個1000 mL的燒杯中，再加入500 mL的藥用酒精（95%乙醇），最後以玻棒均勻地攪拌混合溶液。
註：此洗滌液可以共同配製並且多組輪流共用，清洗後亦可以回收作為合成後清洗器具之用。氫氧化鉀溶於蒸餾水時會放熱並產生微量發煙，在配製時必須小心。

2. 在通風櫥內或通風良好之處，以上述的洗滌液浸潤錐形瓶、量筒、漏斗、PE滴管、磁攪拌子、樣品瓶、滴定管等器材的內壁約1分鐘，再倒回用過的洗滌液於原燒杯中，然後以大量的蒸餾水沖洗乾淨器皿，而後倒置滴乾。
註：本實驗最好選用乾淨的或未曾使用過的器具，所有的器具需以洗滌液浸洗。潤洗後洗滌液必須完全被沖洗乾淨，以免殘餘的洗滌液影響後續的銀奈米粒子合成。

3. 以量筒取30 mL的0.002 M氫硼化鈉（NaBH4）溶液，置入一個125 mL的錐形瓶中，再放置此錐形瓶於冰浴中，如圖三所示。冷卻此錐形瓶約15~20分鐘，偶爾緩和地搖晃加速冷卻速率。

圖三 錐形瓶置於冰浴中

化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［I］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

本實驗的目的是透過化學方法來合成銀奈米粒子，利用氫硼化鈉當作還原劑，還原銀離子為銀金屬，並利用安定劑穩定銀奈米粒子。本實驗應用廷得耳效應（Tyndall effect）以雷射筆照射的散射現象來鑑定奈米級銀粒子，如圖一所示。

圖一 食鹽水（左）、銀奈米溶液（中）及其加食鹽水後（右）的廷得耳效應