文/劉冠任

本館於2月間推出的「科學秀場」活動,曾有觀眾希望本館能提供演示的相關資訊及解答,供大家參考利用。如今,將活動內容摘述如下:

一、哪一個有反應?

鋁片及銅片是我們日常生活中時常接觸的金屬。在演示中,將長約10公分、寬約4公分的鋁片及銅片,同時放進內含淡藍色溶液的塑膠燒杯中。約1分鐘後取出,銅片無明顯的變化,而鋁片上有類似黑色的粉末附著。問題是:為什麼鋁片有反應?而淡藍色的溶液中可能含有什麼成份呢?

由於銅片無明顯的變化,可能淡藍色的溶液中含有金屬銅的成份。其實,淡藍色的溶液是由5公克的硫酸銅試藥溶於1公升的水中配製而成的。由於鋁的化學性質比銅活潑,因此將鋁片置入硫酸銅溶液中,鋁會和銅產生置換反應。其反應方程式如下:

CuSO4(aq) + Al2O3s

Al2(SO4)3(aq) + CuO(s)(黑色)

二、變色天書

演示時,用水彩筆沾事先配置妥當的氯化亞鈷溶液(少量的氯化亞鈷試藥溶於水中即可),隨意寫字在白紙上。此時,紙上呈現粉紅色的字跡。而後,打開吹風機,利用熱風吹烤白紙,字跡就會改變成藍色。最後,再利用水彩筆沾水塗在藍色的字跡上,顏色則又恢復原狀。

此種因溫度的影響造成水份散失而產生的顏色改變,稱為熱顯色作用(Thermochromism),其原理可應用於檢測水份的存在,或製成顏料應用於工業高溫反應區域之安全警示。其反應方程式如下:

CoCl26H2O (粉紅色)

CoCl2 (藍色) 加熱

三、酒精凍

除了物理因素外,液體酒精可藉由化學的途徑,造成類似「固體」的現象。在約30毫升的酒精中加入約15毫升新鮮配置的醋酸鈣過飽和溶液,而後,迅速倒入另一個杯子。從第一個杯子倒入第二個杯子,又從第二個杯子倒回第一個杯子,來回的倒,此時,液體酒精會越來越黏,最後膠結成凍狀。

這是製成「固體」酒精的過程,來回傾倒酒精的用意,在於加速其反應。發生反應的詳細原因,值得有興趣的觀眾仔細探究,目前知道的因素:與醋酸鈣過飽和溶液中的鈣離子絮聚作用所造成的膠凝現象有關。製成的產品可用於餐飲業,假使您日後參加宴會,在餐桌上特別留意,將很容易發現它的存在。

四、果汁汽水

事先備妥氯酚紅指示劑(將0.1Chlorophenol Red溶於100毫升酒精中,再用水稀釋至1公升)、檸檬酸溶液(將20克檸檬酸溶於500毫升水中)及氫氧化鈉溶液(將20克氫氧化鈉溶於500毫升水中),並將一藥勺的小蘇打(碳酸氫鈉)置於稱量紙中包好。

50毫升的檸檬酸溶液置於250毫升的塑膠燒杯中,並滴入5滴的氯酚紅指示劑,此時溶液呈現黃色。而後,將稱量紙中的小蘇打粉倒入,塑膠燒杯中迅速產生白色泡沫,隨即再倒入20毫升的氫氧化鈉溶液。待白色泡沫消失後,塑膠燒杯內的顏色改變為紫紅色。

氯酚紅指示劑在溶液的酸鹼值(pH值)接近4.8時為黃色,而酸鹼值(pH值)接近6.4時為紫紅色。當檸檬酸溶液加入小蘇打粉後,則產生二氧化碳氣體,這是中學教材中常見的化學反應。

五、肥皂水不起泡了?

事先將小片狀或絲條狀的肥皂放入500毫升塑膠燒杯的溫水中,使肥皂溶解。演示時,將吸管放入燒杯內的肥皂水中吹氣,使肥皂水產生許多泡沫(肥皂水量約10毫升)。而後,將20毫升25%的醋酸溶液加入燒杯內的肥皂水中(會呈現白色乳化狀)。這時,即使再用力吹氣,肥皂水也不會冒泡了。

醋酸溶液的加入,降低肥皂水的酸鹼值(pH值),使得肥皂成分中的硬脂酸產生沉澱,破壞產生泡沫的能力。這項有趣的反應,即使在家中,利用食用醋也可以進行。