科學玩具－化學－自脹氣球（炸彈包）

原文發表於Yahoo奇摩部落格2011年02月23日。

新聞畫面偶爾會傳出現誤用科學玩具的消息，像這一類的偶發事件，通常操作者以不恰當且不被允許的方式，也就是誤用了物質的變化過程當作是開玩笑的工具，但開玩笑的結果往往形成不可逆的身心傷害，而且加害者往往不能承擔這嚴重的後果。

孩童最喜歡的爆裂聲響是自脹氣球，也就是俗稱炸彈包的賣點之一，但它是不是真的爆炸，其實並非如此。它的內部反應不是劇烈的氧化還原，而是簡易的酸鹼中和。為什麼原本穩定的內部化學物質會發生反應，並且會產生氣體使得壓力變大而膨脹？讓我們共同來一窺其中奧妙。

不論是左邊的炸彈包還是右邊的放屁包，都是利用容易且迅速發生的化學反應

首先準備好自脹氣球，先觀察它的物理性質，像是包裝外觀、形式以及內容物的狀態等等，也可以先閱讀使用說明及注意事項之後再開始進行下一步。從外觀包裝形式可以得知反應前是一個密閉系統，透過搖晃的動作可以聽到沙沙的聲音，也能猜測得到裡面有固體粉末。用手感覺後，也發現裡面有一包液體。

說明雖不算詳細，但簡單的圖示可以讓人按圖索驥

除了玩法以外，更重要的是找出它的成份標示

不是自誇，真的是要外銷到日本的MIT台灣產品標示才符合規範

明確地標示出參與反應的內容物成份為「碳酸氫鈉」以及「檸檬酸」

在尚未發生化學反應而膨脹的自脹氣球包裝上，用剪刀小心地剪裁出一個缺口，將裡面的內容物倒出來。觀察內容物的物理性質（顏色及狀態），並使用溫度計測量其原本的溫度。

準備好以上的工具，因為我們不是單純的玩

而是要認識裡面的物質、反應與能量進出

實驗當時的室溫為攝氏20度

內容物取出後，可以發現白色粉末與透明液體，透過塑膠包裝將兩者隔開

應先觀察，而不是急著將兩者混合在一起實驗

做實驗之前，先量測內容物的初溫，也剛剛好是攝氏20度

其實在長時間的熱平衡後，室溫與各物體的溫度應該是一致的才是

將內容物混雜在一起，即可發生化學反應，因為液體的檸檬酸水溶液提供了絕佳的反應環境。進行變化的期間，可再將溫度計置入正在反應的混合物中，測量反應過程中的溫度變化。

猜猜看怎麼著？溫度下降得非常迅速

以這麼少量的反應物來說，降溫的效果真的很不錯

在這個實驗中的反應是屬於酸性物質（檸檬酸）和鹽類（碳酸氫鈉）的反應。透明液體是檸檬酸，屬於弱酸性化合物；而白色粉狀的鹽類則是常見的小蘇打，屬於弱鹼性的鹽類。因此整個過程也可以看成是弱酸與弱鹼的酸鹼中和反應。

化學變化的過程中，會產生出與原本反應物物理性質及化學性質截然不同的生成物。反應發生時，產生的氣體為二氧化碳，可利用燃燒中的火柴或澄清石灰水來檢驗。如果是依正常步驟使用自脹氣球，氣體的產生會使內部壓力增加，密閉的包裝因此逐漸膨脹，最後內外壓力不平衡且封口處承受不了後，就會導致爆裂。炸裂時會伴隨著驚人的聲響，可以吸引眾人的目光，可說是教師介紹鹽類物質時的最佳幫手。

曾經聽聞有國中老師提出這樣的想法：溫度下降是不是因為「絕熱膨脹」的關係？我只能說這是「天大的誤會」，內心在猜這會不會是地球科學老師提出的問題。因為並不是有氣體產生並散出而且溫度下降時，就會跟絕熱膨脹扯上關係。即便是有，少量的氣體對於溫度下降的影響也不大，況且還有水的存在。更何況在捏破裝有檸檬酸水溶液的內袋時，溫度就已經開始快速下降了，如果你願意也夠有勇氣，可以在捏破內袋後拿在手上幾秒鐘感覺一下，就應該能明白絕熱膨脹不是溫度下降的主要原因。

所以我才在玩自脹氣球之外加入了溫度計作為輔助。在反應發生時，會讓人驚訝地發現到這兩種材料（弱酸與弱鹼）中和時，系統的整體溫度是逐漸下降的。不過這並不代表老師在課堂上講的不正確，酸鹼中和的確是放熱反應，但同時要考慮到碳酸氫鈉（鹽類）在溶解於水的過程中所吸收的大量熱量，這比中和過程所放出的熱量可是要大上很多的呢！

說著說著，不知不覺間又下降了2.5度，來到攝氏13.5度，多麼令人驚奇

這樣就結束了嗎？其實讓反應物充分反應，就可以降得更低

如果手邊沒有溫度計，可以將它們放在你的手上反應，親自感覺一下溫度的變化所帶來的清涼感！底下附上這個反應中所發生的反應式以及熱量進出的始末，大家可以參考看看（資料來源：俞岳川教授）。

中和熱 
H₃O⁺_(aq) + OH^-(aq) → 2H₂O_(l) ，ΔH=－55.90KJ/mol（放熱）

H₃O⁺_(aq) + HCO^3-_(aq) → H₂O_(l) + CO_2(g) ，ΔH=－11.77KJ/mol（放熱）

　0　　　-691.11　　-285.84　-393.5

溶解熱

NaHCO_3(s) + H₂O_(l) → Na⁺_(aq) + HCO^3-_(aq) ，ΔH=＋16.93KJ/mol（吸熱）

　-947.7　　　　　-239.66　　-691.11