2013年1月19日

科學遊戲-物性-實驗室也能飄出咖啡香?


實驗室裡有一條非常重要的安全守則:「不可以在裡面吃東西、喝飲料。」不過裡面卻傳來陣陣的咖啡香?裡面正在烹煮咖啡嗎?的確是。但是,是誰這麼大膽,冒著中毒的危險,破壞實驗室的規定呢?

其實是學校去年換了新校長,在各處室新官上任及辦公室大清倉時,清出了一大堆不要的、過期的東西。其中有一大箱都是盒外膠膜未拆封,包裝完整但放到過期的茶包和咖啡,這些都是以往教務處辦理研習時所剩下來的存貨。和我熟稔的教學組長知道丟東西之前,最好先經過我這一關篩選,還能把即將丟棄的物品發揮其他用途,於是在我前往認屍之後,這一大箱都是我的了~
先觀察外觀,其實拆封之後,很少人會知道它已經過期了,因為變化不大

實驗室安全是自然老師遇到一升二的小朋友所教授的第一件事,而這也成為日否是否能安全度過每一堂實驗課的重要關鍵。在暑期輔導沒有進度壓力的情況下,完成前一堂課本緒論的紙上談兵之後,帶著第一次進實驗室的學生,就開始了他們的第一個理化實驗-混合物的分離。

但這個實驗操作起來其實很快,主要是要熟悉濾紙的折法和撕角位置、注意漏斗與燒杯內壁是否貼合、濾液是否超過濾紙高度,以及加熱時蒸發皿是否有用錶玻璃蓋住等等。

等到課本的實驗操作過一次之後,就讓他們試著開始過濾咖啡看看。當然要請學生預測實驗的結果,畢竟這是一種比較的實驗,先討論看看兩次實驗會不會有什麼差異。等到各組的預測結果出來之後,就開始第二輪啦!
嗯,這位大陸回來的同學,上課有在聽哦,也有注意傾倒溶液時的撇歩
可惜這學期他又回香港了

撕開隨手包包裝的那一瞬間,咖啡粉的香味就已經飄散出來了,這是濃度差異與擴散作用。溶解在熱水裡面時,更使得香味四溢,瀰漫在整間實驗室中。學生頻頻問我:「老師,你不是說實驗室不能吃東西、喝飲料嗎?」傻孩子,我是要你們煮,待會兒又沒有要大家喝,更何況它又過期了。
濾液不超過濾紙,避免濾液從濾紙與漏斗間隙流下
底下為了避免濾液濺起,漏斗底部要和燒杯內壁接觸,利用水的內聚力來加速過濾

只不過…濾紙上幾乎沒有殘留任何東西!
濾液的顏色和原來的咖啡一模一樣(雖然這是可預期的)

接下來則是將濾液放在蒸發皿內,利用酒精燈加熱使蒸發其結晶
剛開始時,因為水的沸點低,所以先行蒸發
水蒸氣遇到冷的錶玻璃則是凝結,但持續加熱時,仍會使水蒸氣逸散出去

隨著水分越來越少,錶玻璃也越見澄清
水蒸發完了,剩下的就是原本的溶質了

咦?咖啡香味之後伴隨而來的是甜甜的味道,但是如果再繼續加熱,就開始會聞到苦苦的味道,這可是剛剛操作第一次實驗時所沒有的經驗啊!蒸發析出的白色食鹽細粒結晶和溶解前的大顆食鹽結晶是不同的,但是再怎麼加熱,都不會變黑色,這是因為食鹽(NaCl)裡面不含碳元素(C)

不過三合一咖啡粉中的咖啡粉或糖類裡面則含有碳元素,同時也是有機化合物,所以加熱太久會焦掉,顏色會變深,而且晶體不會因為受熱而跳蹦出來,而是牢牢地附著在蒸發皿上逐漸乾涸,越來越硬呢!
經過一番水深火熱之後,學生好奇的往裡面看,看看到底剩下什麼東西

啊哈~果然和溶解前的粉狀固體完全不同
雖然也是固體,但顏色著實恐怖,而且接下來還有一個難題等著解決
「請還給實驗室一個乾淨的蒸發皿。」用力刷吧!孩子們~

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