化學

類金屬 ( Metalloids )

2013/10/12
在〈類金屬 ( Metalloids )〉中有 1 則留言

類金屬 ( Metalloids )
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級陳筱鳳研究生

類金屬 ( metalloids ) 是一個用來分類化學元素的名詞。根據它們的物理及化學特性，元素週期表上的化學元素大都可被分類為金屬或非金屬；但有一些元素的性質介於金屬和非金屬之間，僅具有部分金屬或非金屬的性質，即稱為類金屬。[1]

類金屬又稱為準金屬或半金屬。但由於缺少正常金屬的延展性，所以只能算是 ” 半 ” 金屬。分別為硼 ( B ) 、矽 ( Si ) 、鍺 ( Ge ) 、砷 ( As ) 、銻 ( Sb ) 、碲 ( Te ) 這六種元素，而有時釙 ( Po ) 和砈 ( At ) 也被視為類金屬。這類元素的外電子層構型為ns2np 1～5 。在週期表中呈階梯狀的排列，特別的是，這些類金屬元素即使屬於不同族群，也可能會擁有相似的性質。[2]

c1

元素週期表[3]

繼續閱讀→
化學
【2013諾貝爾獎特別報導】化學獎：將實驗帶入網際空間

【2013諾貝爾獎特別報導】化學獎：將實驗帶入網際空間

2013/10/10
在〈【2013諾貝爾獎特別報導】化學獎：將實驗帶入網際空間〉中尚無留言
化學反應以閃電的速度進行著；電子在原子核間跳躍，閃避著化學家們虎視眈眈的雙眼。2013年的諾貝爾化學桂冠得主們利用電腦，讓化學的神祕路徑得以現形。對於化學運作的細部暸解，使得催化劑、藥物以及太陽能電池的最佳化變得更有效率。 全世界的許多化學家幾乎每天在電腦上設計以及執行實驗，透過馬丁˙卡普拉斯(Martin Karplus)、麥可˙李維特(Michael Levitt)以及艾瑞˙瓦歇爾(Arieh Warshel)於1970年代所發展的方法，化學家們檢視著用肉眼無法看到的複雜化學過程之中的每一個小小的步驟。
繼續閱讀→

3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Disappearing Beautiful Rainbow）〔II〕

2013/10/08
在〈3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Disappearing Beautiful Rainbow）〔II〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Chemical Whoosh Bottles）〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生許紘齊 / 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「3D有趣實驗：美麗彩虹的消失〔I〕」

原理和概念

  • 酸鹼指示劑的作用原理是當環境發生pH值改變時，自身的形態會改變，從而改變顏色，透過顏色的改變來指示滴定的終點。在滴定終點的附近，指示劑變色的過程中，會呈現出一種中間的顏色，處在這個過程中的範圍稱為指示劑的變色範圍。選擇指示劑的標準，一是變色範圍（包括終點），二是反應靈敏。也就是說，一種合適的指示劑在達到終點時必須很快的變色。常用的酸鹼指示劑之變色，如表一所示。

    表一 常用的酸鹼指示劑之變色

  • 本實驗使用的酚酞（phenolphthalein）、間硝基苯酚（m –nitrophenol）和百里酚酞（thymolphthalein）三者皆為酸鹼指示劑，依照溶液環境的pH值的不同而顯現出不同的顏色，如表一所示的前三者。利用這些酸鹼指示劑的特性，在高pH值的環境下，溶液呈分別現出紅、黃、藍三種顏色。再藉由這三種指示劑之二種，以不同比例混合，使顏色混合呈現出橙（紅加黃：酚酞加間硝基苯酚）、綠（黃加藍：間硝基苯酚加百里酚酞）、紫（紅加藍：酚酞加百里酚酞）三種顏色。這三種指示劑具有共通點，就是在酸性環境中皆呈現無色。
  • 乾冰（Dry Ice）是二氧化碳（carbon dioxide）的固體形式，二氧化碳略溶於水，容於水中隨之發生化學反應，產生碳酸（carbonic acid），如反應式[1]所示。碳酸與溶液中的氫氧化鈉反應，發生酸鹼中和，產生碳酸鈉，如反應式[2]所示。乾冰直接與氫氧化鈉反應，產生碳酸鈉，如反應式[3]所示。亦即，反應式[3]為反應式[1]和[2]之和。本實驗是透過乾冰的酸性，使溶液的pH值下降，進而使指示劑逐漸趨向無色。 
    CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)    [1]
H2CO3(aq) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + H2O(l)    [2]
2NaOH(aq) + CO2(g) → Na2CO3(aq) + H2O(l)    [3]

繼續閱讀→

3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Disappearing Beautiful Rainbow）〔I〕

2013/10/08
在〈3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Disappearing Beautiful Rainbow）〔I〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Chemical Whoosh Bottles）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生許紘齊 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

酸鹼指示劑在化學實驗中常用在檢驗溶液的酸鹼性，藉由指示劑呈現不同的顏色來判定溶液的酸性、中性或鹼性。本實驗是利用三種指示劑在鹼性的溶液中呈現六種不同顏色的「美麗彩虹」，然後加入乾冰使「彩虹」逐漸消失，顏色變化非常明顯，視覺效果令人驚艷。

實驗影片

請按此連結，戴紅藍眼鏡，觀看3D有趣實驗：美麗彩虹的消失（Disappearing Beautiful Rainbow），YouTube。

繼續閱讀→

3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔II〕

2013/10/08
在〈3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔II〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生王楨 / 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「3D有趣實驗：化學咻聲瓶〔I〕」

原理和概念

  • 本實驗使用的藥用酒精，含95%乙醇（ethanol），乙醇為低沸點的醇類。當少量的乙醇置入有一小孔洞的塑膠瓶中時，氣態乙醇與空氣形成氣體混合物，在瓶口的混合物剛好提供了燃燒的必要條件之二條件－可燃物和助燃物；用點火槍點燃時，提供燃燒的第三個必要條件－達到燃燒的溫度。
  • 乙醇易與氧氣發生反應，點火後發生燃燒產生氧化還原反應，過程中伴隨著火焰的產生及能量的釋放。乙醇在空氣中燃燒的反應及其燃燒熱，如下反應式所示： 
    C2H5OH(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)  ΔHc = -1409.26 kJ/mol
  • 乙醇剛開始燃燒時，在瓶蓋孔洞附近的氧氣的相對濃度較高，因此氣態酒精的燃燒速率率極快。然而，燃燒到瓶蓋孔洞下方時，由於空氣只能從小孔洞進入，無法瞬間大量進入，此時氧氣的相對濃度較低，因此氣態乙醇並非一次全部燃燒，導致的燃燒速率變慢，而造成由上往下漸層的燃燒效果。
  • 由於氣態乙醇比酒精燈的液態乙醇的粒子表面積較大且活化能較低，因此氣態乙醇的燃燒速率比液態乙醇快。再者，由於酒精塊的酒精分子被醋酸鈣緊緊抓住（亦即酒精與醋酸鈣之間有強的氫鍵和離子－偶極吸引力），因此酒精燈的液態乙醇的燃燒速率比酒精塊的膠態酒精為快。
  • 由於氣態乙醇的燃燒反應非常快速且發生在具有小孔洞的瓶內，乙醇燃燒產生的高熱使二氧化碳氣體和水蒸氣快速膨脹，並衝出瓶蓋的孔洞，發出類似”咻”的尖銳聲響。
  • 不同的醇類會有不同的燃燒效果，像是焰色或是聲音的不同。若是使用甲醇則反應會較快，焰色則為藍色；若是使用正丙醇或異丙醇，則聲音會有些微不同，反應會較慢更易觀察，並產生藍色或黃色的火焰。
繼續閱讀→

3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔I〕

2013/10/08
在〈3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔I〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生王楨 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

乙醇（俗稱酒精）可當作燃料和消毒劑，它很容易與氧氣發生劇烈的燃燒反應。若在一個塑膠瓶裡且只有一個小孔洞，填滿酒精於瓶中，搖晃使之產生氣體並點燃，酒精氣體會瞬間燃燒並發出絢麗的火焰以及發出“咻”的有趣聲響，具戲劇性現象且效果驚人，能加深學生的印象及提高學習的興趣。

實驗影片

請按此連結，戴紅藍眼鏡，觀看3D有趣實驗：化學咻聲瓶（Chemical Whoosh Bottles）紅藍，YouTube。

繼續閱讀→

3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔II〕

2013/10/03
在〈3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔II〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生李錡峰 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

實驗影片

請按此連結，參閱「3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光〔I〕」

原理和概念

  • 螢光素（Fluorescein）最早在1871年時由Adolf von Baeyer所製備出來，固體粉末為暗紅色，微溶於水但可溶於酒精，其實驗所使用Phthalic anhydride與Resorcinol來合成，其催化劑為氯化鋅，也可以使用硫酸作為催化劑，其反應式如下所示：

    （來源：Fluorescein, Wikipedia.）

繼續閱讀→

3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔I〕

2013/10/03
在〈3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔I〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生李錡峰 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

在讀書時螢光筆是你畫重點不可或缺的好夥伴，在日光燈或太陽的光線照射下，一眼就可以看出重點在哪裡，你曾想過螢光筆的墨水有何成分嗎？你曾想用螢光筆畫過重點之處為何在暗處不會發光嗎？本實驗將藉由簡單的方式，在實驗室合成出一種顏色亮眼的綠色螢光染料－螢光素（Fluorescein），它在紫外線照射下，發出綠色螢光。螢光素在多種應用（如螢光抗體技術）中被廣泛用作為螢光示蹤物。

實驗影片

請按此連結，戴紅藍眼鏡，觀看3D有趣的化學實驗：漂亮的綠色螢光（Beautiful Green Fluorescence），YouTube。

繼續閱讀→

3D有趣實驗：鎂粉的爆炸（Magnesium Powder Explosions）〔I〕

2013/10/03
在〈3D有趣實驗：鎂粉的爆炸（Magnesium Powder Explosions）〔I〕〉中尚無留言

3D有趣實驗：鎂粉的爆炸（Magnesium Powder Explosions）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生李錡峰 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

在節慶中常見的煙火和仙女棒，鎂粉扮演不可或缺點的角色，鎂粉燃燒產生強烈的白光。當鎂粉與硫酸銅等物質混合，利用點燃的線香接觸下，產生非常劇烈反應的爆炸。本實驗係利用化學實驗室常見的無水硫酸銅、鎂粉與氯酸鉀來製備具爆炸性的粉末，其爆炸效果驚人。

實驗影片

請按此連結，戴紅藍眼鏡，觀看3D有趣實驗：鎂粉的爆炸（Magnesium Powder Explosions），YouTube。

繼續閱讀→
Pages