化學

化學示範實驗：製作大型酒精槍並示範爆炸（Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions）〔I〕

2013/10/15
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化學示範實驗：製作大型酒精槍並示範爆炸（Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions）〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

2013年國立大甲高級中學再次與教育部化學學科中心合作，於校慶當天舉辦親手fun化學活動，在活動開幕中由校長與貴賓使用大型酒精槍射擊標靶，而造成轟動。此酒精槍由本校教師自行研發，利用PVC水管等零件組裝而成。在演示前，噴入少量酒精，藉由壓電點火器引燃，在燃燒酒精的瞬間受熱膨脹的氣體使塞在槍管前端的泡棉子彈射出，隨即產生巨響。本實驗利用隨手可得的材料、使用微量無害的藥品、超炫的槍管外型以及震撼的聲光效果，深獲參與化學闖關活動老師和學生的喜愛。

示範實驗影片

請按此連結：製作大型酒精槍並示範爆炸（Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions），YouTube。

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化學示範實驗：製作大型酒精槍並示範爆炸〔II〕

2013/10/15
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化學示範實驗：製作大型酒精槍並示範爆炸（Making a Big Ethanol Gun to Demonstrate Explosions）〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 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「製作大型酒精槍並示範爆炸〔I〕」

藥品與器材

  1. 1.5 inch的PVC厚管（當作槍管，約45公分長，橘色，下水道用）  1支
  2. 2.0 inch的PVC清潔口（需事先以電鑽鑽一各孔洞，固定點火槍之用）  1個
  3. 1.5~2.0 inch的異徑接頭  1個
  4. 電鋸  1台
  5. 電鑽  1台
  6. 熱熔膠槍  1支
  7. PVC糊劑  1瓶
  8. 泡棉（直徑50 mm，長約10 cm，前端可削成尖狀，以增加射擊後的飛行距離）
  9. 膠布（大片）  1捲
  10. 壓電點火器  1支
  11. 藥用酒精（酒精，Ethanol，C2H5OH）  20 mL
  12. 噴霧罐（50 mL）  1個
  13. 耳罩  1副
  14. 護目鏡  1付
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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔IV〕

2013/10/15
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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔IV〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏退休教師 / 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「化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計〔III〕」

D. 繪製檢量線：用MS-Excel繪製檢量線

  1. 在MS-Excel的一張表單裡，在A4及B4儲存格中，分別輸入「色素濃度S（%）」與「吸光度（A × 100）」。在A5~A11的儲存格中，分別輸入0、20、40、60、80、100和unknown，並且分別輸入表二的數據於B5~B11的儲存格中，如圖二十五所示。

    圖二十五 在MS-Excel中輸入實驗數據

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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔III〕

2013/10/15
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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔III〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏退休教師 / 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「化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計〔II〕」

利用簡易光電比色計測定未知濃度的溶液

A. 實驗原理

  • 光電比色計的比色原理是根據比爾–朗伯定律（Beer–Lambert law），比爾–朗伯定律：當一束平行的單色光通過均勻且無散射現象的溶液時，其光線的吸收度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。比爾定律不僅適用於有色溶液，也適用於無色溶液。比爾–朗伯定律運用於比色計的示意圖，如圖二十所示：

    圖二十 比爾–朗伯定律的吸收光束示意圖 （圖片來源：Beer–Lambert law, Wikipedia.）

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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔II〕

2013/10/15
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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔II〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏退休教師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

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製作簡易光電比色計

B. 利用樂高積木製作比色槽

  1. 取4個樂高積木（LEGO brick）及1片樂高板（LEGO plate），樣式如圖四之左所示，組裝比色槽的底座，組裝如圖四之右所示。

    圖四 組裝比色槽的底座 

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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔I〕

2013/10/15
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化學教室活動：利用樂高製作簡易光電比色計（Making Simple Spectrophotometer using LEGO）〔I〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏退休教師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

實驗簡介

本實驗的目的是讓學生利用LEGO NXT 9797（樂高套件主機）、LEGO 9844 light sensor（樂高光感測器）及LEGO Building Block（樂高積木），自製簡易光電比色計，如圖一所示，其中感測器被放置在以樂高積木組裝的比色槽中。透過配製五個已知濃度的標準溶液，以及MS-Excel軟體製作出檢量線，來測定有色溶液的未知濃度。透過此次實驗的實作，讓學生學習光電比色計所涉及的光電原理及探討LEGO NXT在化學實驗之應用。

圖一 利用樂高的積木和主機自製簡易光電比色計

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配位錯合物(Coordination Complex) （II）

2013/10/12
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配位錯合物(Coordination Complex) （II）
國立臺灣師範大學附屬中學二年級1322班楊易蓁/國立臺灣師範大學附屬高級中學化學科陳昭錦老師

配位錯合物的化學反應

配位錯合物的化學反應主要有氧化還原反應及配位基取代兩大類：

1.氧化還原反應：

配位錯合物中的氧化還原反應可歸納為內圈(inner sphere)及外圈(outer sphere)電子轉移兩種機制。內圈電子轉移的機制是由1983年諾貝爾化學獎得主亨利陶比(Henry Taub)提出的，比較方程式 $$(1)$$ 及 $$(2)$$：

$$\begin{multline*}\mathrm{ [Co(NH_3)_6]^{3+}+ [Cr(H_2O)_6]^{2+}}\\ \rightarrow \mathrm{[Co(NH_3)_5(H_2O)]^{2+}+[Cr(H_2O)_6]^{3+}}\end{multline*}~~~(1)$$

$$\begin{multline*} \mathrm{ [CoCl(NH_3)_5]^{2+}+ [Cr(H_2O)_6]^{2+}}\\ \rightarrow \mathrm{[Co(NH_3)_5(H_2O)]^{2+}+[CrCl(H_2O)_5]^{2+}}\end{multline*}~~~(2)$$

在方程式 $$(1)$$ 中，$$\mathrm{[Co(NH_3)_6]^{3+}}$$ 的中心原子 $$\mathrm{Co}$$ 由 $$+3$$ 變為 $$+2$$，$$\mathrm{[Cr(H_2O)_6]^{2+}}$$ 的中心原子 $$\mathrm{Cr}$$ 由 $$+2$$ 變為 $$+3$$。而在方程式 $$(2)$$ 中當 $$\mathrm{Co}$$ 的其中一個配位基改為 $$\mathrm{Cl^-}$$ 時，當發生電子轉移時，$$\mathrm{Cl^-}$$ 也從原本與氧化劑中的 $$\mathrm{Co^{2+}}$$ 配位變成與還原劑中的 $$\mathrm{Cr^{3+}}$$ 配位。此外，方程式 $$(2)$$ 的反應速率也比 $$(1)$$ 快很多。

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光變色性物質（Photochromic Materials）

2013/10/12
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光變色性物質（Photochromic Materials）
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

光變色性（photochromism）是某些種類的化學物質受到電磁波（光線）的照射而變化成另一種物質，其反應為可逆反應且兩物質的顏色不同。這個現象最早是在1880年代由Markwald 研究2,3,4,4-tetrachloronaphthalen-1(4H)-one的顏色改變所發現，當時他稱此現象為” phototropy”。直到1950年代Hirshberg才正式提出光變色性（photochromism）這個專有名詞。光變色性的現象可以在有機、無機物質甚至在生物系統中發生，如視網膜（retinal）產生視覺的過程。

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光致變色物質的應用（Applications of Photochromic Materials）

2013/10/12
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光致變色物質的應用（Applications of Photochromic Materials）
國立臺灣師範大學附屬高級中學化學科陳昭錦老師

光致變色材料會隨照光強烈程度造成顏色深淺變化，進而自動調節對光熱源的遮蔽能力，可以有效遮蔽太陽光及熱能。在照光互變的過程中，不只是吸收光譜會產生變化，物質的一些物理及化學的特性也會跟著改變，如：折射率、介電常數、氧化還原電位、幾何構型皆會發生變化。我們可以利用這些分子特性的改變，發展不同的光學材料，如：太陽能電池染料、光學記憶性染料或光學開關。光致變色材料之應用極為廣泛，例如：變色鏡片、雷射光攝影術(holography)及三度空間資訊儲存設備(three-dimensional memory information storage devices)等。

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永久性染髮劑（Permanent hair color）

2013/10/12
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永久性染髮劑（Permanent hair color）
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

永久性染髮劑可分成三種：氧化性染髮劑、植物性染髮劑與金屬染髮劑。永久性染髮劑是目前最普遍使用的染髮劑，染上之後就不會褪色，但是新生出的頭髮，仍是原來的髮色，其優點是可以在原有的髮色上，染上色澤深又濃的新顏色。染髮時，需混合顯色敷用劑（Developer） 及染色劑，滲入皮質層，淡化頭髮天然色素，染上人工色素，效果持久。永久性的染髮劑主要分成兩劑，要在染髮之前才混合兩種劑型，且立刻塗抹於頭髮上，否則過久之後會失效。第一劑是含氨水成份的染色劑，其作用是使頭髮鱗狀表層脹開，這樣過氧化氫和染色劑就可以很容易地穿過表層而與髮桿的蛋白質接觸而而起化學作用；第二劑是含6%過氧化氫水溶液，通常作成乳霜狀，過氧化氫先氧化了髮桿蛋白質，可把髮色漂白，然後染色劑和氧再反應形成新的髮色，其他的成份可以幫助染料滲透至髮幹的內部，讓染料氧化之後，結構不易改變，更穩定不易褪色。此外有些染髮劑通常會再添加一些潤髮、護髮的成份，使頭髮不易受損。

永久性染髮劑的染髮原理

最常使用的永久性染髮劑是用氧化性染料，其成份過去是使用1,4-二胺基苯（1,4-diaminobenzene）或俗稱對苯二胺（p-phenylene diamine）即PPD

c1

其染髮的機制如下：

第一步為將對苯二胺氧化成苯醌二亞胺（quinonediimine） (C6H4(NH)2)。

c2

第二步驟為苯醌二亞胺與偶合劑作用，在有機化學上稱此為苯的親電子取代反應（electrophilic aromatic substitution）。

c3

第三步驟為苯醌二亞胺的偶合體氧化成最終髮色，最後的染料分子比前驅物分子為大，使其能緊密結合在頭髮上。

最新的染髮劑則使用2,5-二胺基甲苯（2,5-diaminotoluene），其毒性較小。

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