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2012年7月4日 星期三

【課程紀錄】化學營 ─ 多采多姿的金屬

從有機化學談到無機化學,一定要提到這超厲害的週期表,其實,週期表並不是由一位科學家獨自發明的,在很久很久以前有許多的科學家根據當時發現的元素,試圖找尋出一個有規律的方式,將大家都組合起來,很可惜的是,並沒有正確的週期表出現。一直到了俄國科學家「門得列夫」的誕生,利用個元素之間的質量比較,才將各元素完整的組合起來!但是,在其中仍有少許元素放置錯誤的情形。之後,由「莫色勒」以質子述的方式解決的上述的問題,再經由些許的修正,大致上已成為現在ˇ大家所看到的週期表!

介紹完週期表的始末,就要從週期表出發,談談什麼是無機化學,由師大化學系 李位仁 教授向各位介紹週期表當中的特色,在大自然中或者是生活當中,到底有多少的事件是和無機化學是有關係的呢?在之前,我們時常討論許許多多管於有機化學當中的各式各樣變化,但是大家卻忘記了,讓這世界充滿絢爛的光彩以及驚奇的變化,有絕大部分都是無機化學的功勞喔!而且,別看金屬只會發冷冷的銀色光芒,當給予適當的能量之後,所綻放出來的光芒更是有別於銀色光芒的燦爛!不管是理論課程的部分,或是實際操作實驗的部分都要讓大家體會到在不同狀態下金屬的變化。

[圖1.1]  這次課程是由 李位仁 教授來替大家交紹:
什麼是無機化學! 
[圖1.2]  利用漫畫來理解原來第一族元素(1A)
的各項特性,並且我們知道,同族之間,
各元素皆有相似的性質! 
[圖1.3]  在介紹元素的外圍電子性質時,
貼心的使用黑板解釋!  
[圖1.4]  最後再以鐘乳石以及各式各樣的生活例子,介紹無機化學的應用!
最後,要記得 李位仁教授的提醒,今天介紹的部分只是無機化學的冰山一角而已,如果想要知道更多的內容,則必須投入更多的時間喔!

一樣的,聽完理論性的內容之後,要讓各位同學體會到,到底金屬有多們的繽紛色彩和神奇的地方!從國中階段到現在,其實我們接觸過很多的無機化合物,例如:硫酸銅、氯化亞鈷、氯化鉀以及氯化鐵等含有金屬的化合物,從外觀來看,會發現,每一項化合物都有屬於自己的顏色!這次的趣味科學實驗當中,就是要利用這樣的特行,以及「水玻璃」的性質,來製造出海底世界般的主要情景!是因為,金屬離子化合物容易融於水中,但是,不溶於「水玻璃」之中,因此在加有水的水玻璃之中,原本的水玻璃會形成一個保護膜,包圍金屬離子化合物,但是,又因為有加水,離子化合物又溶解!在這一來一往之間,形成了海底世界,大家可以明顯地觀察到變動的過程喔!
[圖2.1]  將水玻璃與水混合!搖晃均勻之後即可加入離子化合物囉!
[圖2.2]  小心且隨心所欲地加入小玻璃瓶當中!  
[圖2.3]  加完金屬離子化合物之後,會發現,
海底世界已經漸漸地形成囉!  
[圖2.4]  把瓶蓋蓋緊之後,就可以會去慢慢觀察囉~   
[圖2.5]  慢慢的讓他成長囉~  
[圖2.6]  看看!是不是很像神奇的海底世界!!   
[圖2.7]  等到確定長得夠高之後,加水加滿,
再使用特殊的膠膜將瓶蓋封住!  
當然,還不只有上述這些「緩慢的」反應,別忘記了!還有「燃燒」這個強烈的氧化反應!還記得教授之前說的,每個金屬在燃燒的時候,都有屬於自己的顏色嗎?!現在就讓大家體會一下!
[圖3.1]  當鐵粉燃燒的時候,會發出紅色的細微火焰,
這也是因為,是鐵粉的因素,才會有這樣的現象喔!  
[圖3.2]  這是燃燒鎂粉,會放出超級亮眼的光芒,
而且將發出亮光的鎂粉放入水中,依舊可以看見在水中出現火焰的出現,
這是因為,鎂搶氧氣的能力很強,可以將水分子當中的氧原子搶走!
達到氧化反應的結果!  
[圖3.3]  燃燒鎂帶會有像燃燒鎂粉的耀眼光芒,但是,
  卻不會有像仙女棒的火化四射的感覺!
因為將鈉塊放入水中的實驗,太令人害怕,就沒有做到紀錄....有點可惜!不過對於各位同學來說應該是「印象深刻」吧!

除了給適當的能量之外,我們是否可以像是魔法師一樣,在空中立刻變出燦爛的火花呢?當然是可以!最直接的想法就是,鐵塊不能燃燒,但是鐵粉在給予是當的能量之後,就可以燃燒;鐵粉不會在空氣中燃燒,那有什麼等級的鐵粉可以在空氣當中燃燒呢?當然是有的!也就是前幾年很火紅的「奈米」鐵粉!當形成奈米鐵粉時,將它倒在空氣中,會因為與空氣產生摩擦,而形成細微火花!這就是魔術師的秘密!

[圖4.1]  這就是我們這次製作奈米鐵粉的反應式!
以草酸鐵為原料,而形成奈米鐵的產生!這些過程看似複雜!
但是在實驗操作起來,充滿趣味性!表演起來也很酷喔!
[圖4.2]  這就是這次的產物,草酸鐵(黃色粉末)
[圖4.3]  使用噴燈加熱時,必須要不停地在試管內攪拌,
會發現,原本的鮮黃色開始漸漸地變黯淡!
[圖4.4]  一定要不停地攪拌,才能使反應物反應完全喔!!   
[圖4.5]  組員之內也要好好的分工喔!才會讓實驗更為順利! 
當反應完成之後,將塞子塞住試管!等試管冷卻之後,就可以像魔術師一樣,在空中製造出火花的效果囉!!!

最後,別忘記李位仁教授今天提醒的,在化學的世界當中,沒有任何東西是例外!因為,每一個物質都有屬於它自己的特性,要好好地了解他們喔!而不是,利用背誦的技巧來認識化學喔!

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