化學

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變〔I〕

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變(Turning Pennies into Silver and Gold without using Sodium Hydroxide)〔I〕
國立台中高級工業職業學校化工科陸冠輝老師 / 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(Student Handout)

實驗介紹

古代的方術之士有一種叫做「點石成金」的招術,此招術有如魔術師般地點銅成銀以及點銅成金,真是神奇極了。本實驗試圖利用鋅粉和氯化鋅水溶液,浸煮壹元銅幣,先變成「銀幣」,然後以電熱板加熱,變成「金幣」,如圖一所示。由於本實驗有別於傳統上使用氫氧化鈉溶液,因此煮沸過程不會產生刺鼻難聞的味道,不需要在抽風櫃內進行。

圖一 神奇的「銅銀金幣」變變變

化學示範實驗:自製焰色試驗棒演示焰色試驗(Homemade Flame Test Stick for Flame Test)〔II〕

化學示範實驗:自製焰色試驗棒演示焰色試驗(Homemade Flame Test Stick for Flame Test)〔II〕
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 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「自製焰色試驗棒演示焰色試驗[I]」

原理和概念

● 本生燈或瓦斯噴燈的火焰為淡藍色,光度極低,此火焰稱為無光焰。

● 光是一種電磁波,一般人的眼睛可以感受的電磁波波長在400(紫色)到700(紅色)奈米(nm)之間,如圖十一所示。

圖十一 可見光只佔電磁波譜的一小部分。圖片來源:http://www.electricalfun.com/visible_spectrum.htm

● 當一個元素被激發(加熱)時,其電子會躍遷至能量較高的軌域上。當它返回低能量的軌域時,高低軌域的能量差會以電磁波的形式輻射出來,出現在某些特定的波 長上,稱為發射光譜。每種元素都有其個別的光譜,這些譜線就好比人類的指紋一般,科學家可據以鑑定元素,如圖十二所示。

圖十二 銅(CuCl2)(上)、鈉(中上)、鋰(中下)和鈣(下)的發射光譜。圖片來源:http://webmineral.com/help/FlameTest.shtml

化學示範實驗:自製焰色試驗棒演示焰色試驗(Homemade Flame Test Stick for Flame Test)〔I〕

化學示範實驗:自製焰色試驗棒演示焰色試驗(Homemade Flame Test Stick for Flame Test)〔I〕
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

小朋友玩的仙女棒,慶典晚會的煙火,各種火焰顏色應有盡有,這些焰色是怎麼產生的呢?本示範實驗採用兩種焰色試驗,其一為使用自製的焰色試驗棒和本生燈來 試驗鹽類固體,其二為使用卡式瓦斯噴燈和噴霧瓶來試驗鹽類水溶液。自製的焰色試驗棒取自於報廢的開飲機之加熱片並製作而得的,而且焰色試驗的效果很好,值 得教師參考。

示範步驟

A. 示範前準備

A1. 自製焰色試驗棒

1. 從報廢的開飲機、電熱水瓶或電鍋取出加熱片,如圖一所示。

圖一 開飲機的加熱片

2. 用尖嘴鉗拆解加熱片,即可見到加熱片中的鎳鉻絲,這種鎳鉻絲的寬度約1 mm,如圖二所示。

圖二 拆解後的加熱片

化學示範實驗:酸鹼彩虹玻璃管(Acid-Base Rainbow Tube)〔II〕

化學示範實驗:酸鹼彩虹玻璃管(Acid-Base Rainbow Tube)〔II〕
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 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「酸鹼彩虹玻璃管[I]」

原理和概念

● 傳統的廣用指示劑是由水、甲醇、正丙醇、酚酞(phenolphthalein)、溴瑞香草藍(bromothymol blue)、甲基紅(methyl red)、瑞香草藍(thymol blue)混合而成,廣用指示劑的成分與酸鹼顏色變化,如圖七所示。典型的廣用指示劑在不同的pH值之顏色變化,如圖八所示。

圖七 廣用指示劑的成分與酸鹼變色。 圖片來源:陳少軍製作

圖八 廣用指示劑於不同pH溶液下的顏色。 圖片來源:http://homepages.ius.edu/dspurloc/c121/repelem.htm

化學示範實驗:酸鹼彩虹玻璃管(Acid-Base Rainbow Tube)〔I〕

化學示範實驗:酸鹼彩虹玻璃管(Acid-Base Rainbow Tube)〔I〕
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

一支裝有綠色溶液的玻璃管,在其一端滴入酸液、另一端滴入鹼液,然後翻轉數次,整支玻璃管就能呈現出完整的七彩顏色,猶如空中的彩虹。

示範實驗影片

請按此連結:酸鹼彩虹玻璃管(Acid-Base Rainbow Tube),YouTube。

1939年諾貝爾化學獎得主-阿道夫弗雷德里克約翰布特南特(Adolf Frederick Johann Butenandt)

1939年諾貝爾化學獎得主-阿道夫弗雷德里克約翰布特南特(Adolf Frederick Johann Butenandt)
國立師範大學化學系陳奕竹研究生/國立師範大學化學系教授葉名倉責任編輯

阿道夫•弗雷德里克•約翰•布特南特(Adolf Frederick Johann Butenandt)(1903年3月24日-1995年1月18日)是德國生化學家,也是納粹黨的成員。他在1939年以”性荷爾蒙的研究成果”獲得諾 貝爾化學獎。最初配合政府的政策,他拒絕受獎。但在1949年二次大戰後便接受了頒獎。

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(三)

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(三)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在之後的致謝中,Meitner寫到:

Otto Hahn 和 Fritz Strassmann發現了核分裂,這在人類的歷史中開啟了一個新的世代。就我看來這樣的發現是意義非凡的,尤其是利用純粹的化學來實現這樣的結果。

在接受德國電視台採訪時(ARD,1959年三月八號),Meitner說到:

Hahn與Strassmann藉由傑出的、以及難以置信的化學能力,做到這樣的成果,而此研究的成果是遙遙領先這時代的任何人。而美國人在不久後學會了如何做到這樣的結果,但在當下,只有Hahn 和 Strassmann能夠真正地做出這樣的成果。這正是因為他們是這樣優秀的化學家,他們成功了利用化學來展示並證明了一物理過程。

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(二)

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(二)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在1938年7月13日, Lise Meitner為了幫助與支持Hahn,她必須得冒很大的風險,因為她具有猶太的血統,並且失去了她的奧地利國籍,最後她移居斯德哥摩爾〈Stockholm〉,斯德哥摩爾位於瑞典。Hahn繼續與Strassmann一同研究。1938年底,他們在他們樣品中發現鹼土金屬的同位素的證據。此金屬的發現是由Wilhelm Traube利用有機鋇鹽所建構,Wilhelm Traube也是一個猶太化學家,但後來被逮捕和殺害。然而尋找第二族鹼土金屬是有問題的,因為到目前為止其它元素的發現被認為是不符合邏輯。Hahn從鈾的核分裂產生出兩個α-粒子,並初步認定它是鐳。然而當時的科學共識是,在這個過程中分裂出兩個α粒子是不可能的。因為這個想法是把鈾轉變成鋇(必須消除約100個質子)被認為是荒謬的。在11月10日,Hahn與Niels Bohr和Lise Meitner討論了這些結果,於1938年12月16-17日進一步改進實驗的技術,最後有了決定性的實驗(即著名的“鐳鋇,釷,分餾“),但卻產生令人匪夷所思的結果:三種同位素的特性並不像是鐳,反而是像鋇。12月19日,在Hahn寫給Meitner的信中提到:“… …我們越來越接近一個可怕的結論,就是我們的鐳的同位素的特性不像是鐳,反而卻像是鋇… …也許你可以有一些特別的解釋,我們認為它不可能真正的變成鋇。Meitner同意這個結果,因為鈾核的爆裂這件事情是令人非常難以接受,但他們認為有此可能性。

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(一)

1944年諾貝爾化學獎得主-奧托哈恩(Otto Hahn)(一)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

Otto Hahn(1879年3月8日- 1968年7月28日)是一名德國化學家,為輻射與放射化學領域中的先驅者,並因此而獲得了諾貝爾化學獎,且被視為「核化學之父」和「原子時代的發現 者」。除此之外,Hahn也是個敢反抗納粹迫害的猶太人,在二次世界大戰後,他舉辦許多活動來表達反對將核能應用在武器上的念頭。在1946年時,他擔任德皇威廉協會〈Kaiser Wilhelm Society〉的最後一任主席,以及1948年至1960年他擔任馬克斯普朗克學會(Max Planck Society)的首任主席。他被許多人公認為是一名具有卓越學術形象及個人誠信的一個典範,且為德意志聯邦共和國中最具有影響力的公民之一。

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝II﹞

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝II﹞
國立彰化師範大學化學系學生鄭舜竹 / 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「紙鈔含鐵嗎?﹝I﹞」

原理和概念

● 混合物是由二種或二種以上的物質所組成,在混合物中每一個純物質都有本身的物理和化學性質。由於這些性質的存在,因此使我們可以從混合物分離出物質。有些國家的紙鈔含鐵粉,因此紙鈔是混合物。

● 均質混合物(Homogeneous mixture)是每一個組成物質有相同的貢獻度的混合物;異質混合物(Heterogeneous mixture)是每一個組成物質有不同的貢獻度的混合物。鐵粉以細粉狀分散在紙鈔的兩端,因此紙鈔是異質混合物。

● 通常分析一個樣品會不可逆地改變這個樣品,本示範實驗也是如此。

● 會被磁鐵吸引是因為物體具有順磁性,順磁性是指一種物質的磁性狀態。有些物體可以受到外部磁場的影響,產生指同相向的磁化向量的特性,這樣的物質具有正的磁化率。與順磁性相反的現象被稱為抗磁性。

● 判斷一個物質是否可以被磁鐵吸引,就要看它是否有順磁性(paramagnetism)。簡單地說,我們把原子外圍的電子之量子數分成四種,分別是主量子 數、角量子數、磁量子數以及旋量子數。順磁性主要依據旋量子數,每一個軌域都可以填兩個旋量子數不同的電子(+1/2和-1/2),以鐵為例,鐵的電子組 態如圖十四所示:

圖十四 鐵的電子組態

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