生活化学之应用.ppt

4. 自然界的物質及其變化 本章採用”中學理化示範實驗”教學 0/laboratory/chemdemo/中學理化示範實驗.htm 國立彰化師範大學理學院化學系 提供 策劃者：楊水平 李成康】 製作者：化學系大學部和研究所學生 依示範主題分類：計有 110 個單元 氣體示範實驗 計有 9 個單元 物理變化示範實驗 計有 7 個單元 化學鍵結示範實驗 計有 3 個單元 能量變化示範實驗 計有 5 個單元 元素反應示範實驗 計有 6 個單元 溶液和溶解度示範實驗 計有 14 個單元 酸和鹼示範實驗 計有 10 個單元 化學平衡示範實驗 計有 3 個單元 化學動力學示範實驗 計有 15 個單元 氧化還原反應示範實驗 計有 23 個單元 過渡金屬和錯離子示範實驗 計有 9 個單元 本示範中使用紅、橙、黃、綠、藍和紫的顏色變化，則是在強調當觀察或實驗收集到很多的資訊後，我們通常會在眾多的資訊中加以分析、企圖尋找規律性，再試圖由規律性中去探究影響此規律性的變因為何，從而認識到事件發生的真正原因。 當我們把認定的原因列出後，再去改變這些變因，看看是否可以得到預期的結果，如果一切都如所料，則事情的真相才算大致底定。 這就是通常科學活動的基本步驟。 8.鐵能燒嗎 示範中的鐵網以火來燒可以在空氣中持續的燃燒，甚至將鐵網跨接9伏特電池的兩極，都可輕易地將其點燃。 我們知道當一個固定量的物體，其顆粒越小時，表面積就會越大。同樣地，鐵網是用很細的鐵線做成的；鐵網用火就可以將其點燃是因為鐵網的表面積很大，和空氣接觸到的鐵原子都有機會和空氣中的氧分子碰撞，火和它接觸時則提供了反應所需的活化能，故使燃燒可以開始，鐵氧化後放出的熱足以維持繼續燃燒所需的活化能，故燃燒可以持續。 示範中的細鐵網以前是用來洗鍋的。以前在市面上很容易買到，但是近來則已不見蹤跡，故可能沒這麼容易做到這個實驗。 較粗的鐵線則在有火點燃的時候很快的將氧化放出的熱傳導到鐵線內部的鐵原子上，但是內部的鐵原子並沒有和空氣中的氧碰撞的機會，故無法繼續發生氧化反應，同時火種提供的熱，又會被導熱不算差的鐵很快地傳到其它未點火的地方，而降低了鐵線的溫度。故無法在空氣中燃燒。 至於用電池就能引燃，則是因為鐵網上的鐵線很細。我們知道：電阻是和導線的截面積成反比的。由於鐵線很細，故電阻較大。當用9伏特的電池時，因電阻產生的熱足夠讓鐵線繼續氧化，因此可以引燃鐵網。 這個示範告訴我們：反應要發生時，反應物一定要有互相碰撞的機會。否則，反應是不會發生的。 9.黏土 一般的物質在某一特定的溫度之下，都有其特定的黏滯係數，或者說黏性是一定的。 可是當外加一作用力在該物體上時，此物的剪應力會和該物的變形率成正比。 簡單的例子就像皮球，你若只要它微微變形，就只要用手指輕輕壓一下即可；但是若要它被壓扁，就要非常用力的壓，才能達到你想要的變形程度。這就是一般物體受到外力作用時具有的性質。 可是有些物質則不然，它在不受外力作用時，黏滯係數較大，受到外力作用時，其黏滯係數反而變小。此類剪應力不直接與變形率成正比的物質稱為非牛頓流體。 最常見的就是牙膏和合成樹脂性的油漆。當外加的作用力超過某一臨界值後，其黏滯係數會降低而非增高。此類物質通常它們的分子間的作用力會因外力的作用被破壞或減弱，才會出現這種非牛頓流體的現象。所以此類物質在靜止時是濃稠狀的，而流動時又覺得它好像變稀薄了。 油漆在桶中看起來很黏稠，攪動後卻覺得很易塗刷。示範中的綠色物質是一種合成樹脂，當突然很用力拉它時，因物體受到的剪應力的時間很短，它的黏滯係數仍和不受外力時差不多，故當外力超過其分子間的作用力時，物體就被拉斷掉了。 可是當我們用力慢慢地拉它時，則因外力持續作用在物體上，物體的黏滯係數隨著作用時間的增加而慢慢變小，故越拉物體就越來越軟，最後就像拉麵條似地輕易被拉斷了。 當我們把它用力擲向牆壁時，它也是受到一突然的外力改變，故黏滯係數尚來不及變小就被反作用力彈回來，故可以像球一樣的被丟來丟去，而不會像扔麵團一樣，扔出就貼在牆上。 通常當物質受外力作用時，分子在空間中的方位或形狀改變，都可能影響它的分子間作用力的大小甚或類型。分子間的形狀對物質的一些物理性質也是會有很大的影響的。 10.滅火器 示範中所用的滅火器是通稱的二氧化碳滅火器。鋼瓶內裝的是加壓的二氧化碳。 當使用時噴嘴處是開的，由於二氧化碳鋼瓶內的壓力遠大於外界的大氣壓，故二氧化碳立即氣化成氣態的二氧化碳由噴嘴處射出。 射出的二氧化碳在減壓氣化的過程中會因體積急遽的膨脹，必須做PV功，此能量就由周圍的空氣提供，乃造成周圍的氣體分子溫度下降，當溫度降到露點以下時，即可見到白色霧狀的水汽生成。 所以雖然二氧化碳是無色的，可是二氧化碳滅火器在使用時所噴出的物質看起來都是