【課程紀錄】化學營 ─ 超冷溶液

有別於之前和大家所討論的「有機化學」、「分析化學」與「無機化學」在日常生活當中有廣泛的應用，「物理化學」好像離我們生活很遙遠，要將物理和化學放在一起討論，就可以知道這是一份多大的工程！但是，也是因為如此，利用物理的觀點來解釋化學的現象，在尚未正式做實驗之前先沙盤推演一番，並且大致上針對會發生的情形進行討論，可以節省許多的時間以及經費！

「物理化學」大致上分成三個部份來進行討論：

第一、熱力學

第二、動力學

    第三、量子力學

也是因為如此，「物理化學」可說是包山包海！凡是任何現象的成因都可以就由他來進行解釋！如同大家所熟悉的「熱漲冷縮」、「濃度影響反應速率」與「冰沙飲料」都可以適用物理化學的方式來進行解釋！

「熱漲冷縮」的現象可說是從小聽到大，很多人都覺得是習以為常的現象，根本不用懷疑它的存在！但是，別忘記囉!!任何事件都有原因，如果能夠了結真正的原因，才算是了解事情的真相喔！原來，「熱漲冷縮」的現象和物質粒子之間的距離有很大的關係，大家都知道：固體就像是上課時老師規定大家做好在位置上，不許任意移動，只能在位置上點點頭和伸伸手而已；液體就像是短暫的十分鐘下課，上了一整節課，下課的時候離開座位來教室內走來走去；而氣體就像是放學之後，每位同學都快速地逃離教室與學校的束縛，往各處四散一樣！我們會發現，以體積來說，固體與液體都有固定的體積，其中又以液體的體積為大；氣體則無固定的體積，若是將氣體降溫時，物質會試圖凝結變回液體，也是因為如此，在這樣的過程之中，使得氣體的體積開始縮小！等到，溫度又升高時，粒子間的距離又被拉大，使得體積開始膨脹！

[圖1.1]  大家可以注意綠色氣球的體積大小的變化！ 

[圖1.2] 明顯看見氣球變小了！(以臉為基準的話，比臉還要小了！) 

[圖1.3]  漸漸的氣球已經小到要用器具將他壓到杜耳瓶之中了！ 

[圖1.4]  完全壓到液態氮裏頭了！ 

[圖1.5]  讓氣球再回到室溫，就會脹回原來的體積囉！

[圖1.6]  讓大家來試試看囉~

「濃度影響反應速率」這也是很值觀的想法，濃度越高當然，反應速率就越快啊！但是，當然如果是這樣就太小看科學家了！這樣的理論，科學家就會使用碰撞理論來解釋這樣的現象，將觀點調整至微觀的觀點(具有相到高倍率的放大鏡)，我們會看見反應時，就像是一顆顆的粒子和不同粒子之間相互碰撞，若是達到對的方向以及足夠的能量，此反應即可進行！在想看看這樣的問題，如果，將碰撞的粒子的數目提到，當然達到對的方向以及足夠的能量的機率就大大的增加了！在以下的實驗，就可以發現：濃度高的雙氧水與碘化鉀反應時就會有劇烈的反應，就像是大象牙膏一樣！咻~~~的一聲出了出來！

[圖2.1]  可以輕易地看見，反應出來的氧氣被清潔劑抓住，
形成一條泡泡柱！
也可以發現，濃度高的雙氧水(右)比較高！

[圖2.2]  大象牙膏快速的產生！ 

[圖2.3]  亦可看見這看似藝術品的大象牙膏！

在這炎熱的夏天之中，來上一瓶思樂冰一定是相當的舒暢！沒錯！這就是「冰沙飲料」誕生的原因，但是，在一般販賣機所販售的冰沙可樂，可說是相當昂貴，身為科學家的我們，是否可以利用科學知識來將可樂轉變成冰沙呢？當然是有辦法的！就是利用壓力與凝固點之間的關係，我們也可以簡單的製造可樂冰沙喔！

[圖3.1]   利用冰塊與食鹽來製作冷劑，再加上可樂，
就可以成為「冰沙飲料」囉~ 

[圖3.2]  阿管老師正在操作實驗流程！
同學看的津津有味阿~(還是想喝飲料了) 

[圖3.3]  開始囉~同學自己動手自己製作拉~ 

[圖3.4]  記得一層冰塊 一層食鹽!!!才是可以製作出品質好的冷劑喔!! 

[圖3.5]  時間一到，拿出來，打開瓶蓋！
可以看見雪碧的上方已經開始有冰沙的出現！  

[圖3.6]  放在桌上觀察，會發現，會慢慢地向下延伸！
這時候就要快點呵！因為再不喝，就要整杯變成冰沙~
倒不出來啦!!! 

[圖3.7]  可樂的話，就會非常明顯喔！ 

[圖3.8]  今日產品最佳代言人!!!可以去拍廣告囉~

接下來，會製作冰沙可樂還不夠，在物理化學之中，還有討論到關於不同的液體之間，是否凝固點都是一定的？！有時候我們會發現，將一杯水和一杯食鹽水，兩杯個放在冰箱冷凍庫之中，水已經結冰，但是，食鹽水卻還沒有，這是為什麼呢？這個問題再以下的討論，就可以看得出答案囉！

這是，我們要針對不同種的溶液檢測其凝固點，並且比較這些不同物質之間的凝固點是否有什麼共通點？還是說有什麼關係存在呢？分別針對水、食鹽水溶液、蔗糖水溶液進行討論。

[圖4.1]  這次由龐老師來替大家進行解釋實驗過程喔！ 

[圖4.2]  當然這次也是兩個人一組，要做好優良的冷劑！
可說是相當不容易啊！ 

[圖4.3]  此為測量凝固點的裝置，要注意喔！
別打破溫度計了！ 

[圖4.5]  等實驗都結束之後由龐老師替大家進行講解！

透過龐老師的講解之後後發現，原來，凝固點和溶液的性質有關係，如果有加入溶質會造成凝固點的下降，至於下降多少呢？這就和溶液的性質有關係，可以進行解離的溶質融入水中，會使得凝固店更低！就像是食鹽(氯化鈉)溶於水之後會產生氯離子以及鈉離子，就會比不解離的蔗糖，凝固點來的低，在實驗之中，我們會發現大約是兩倍之間的比例！(有同學做出來喔！很棒！)

雖然，在進行物理化學的討論時會感到較為困難，但是，也是因為如此，有一群人深深喜愛的「它」，讓我們的化學發展可以向不同的方向前進與發展喔！