2013年2月3日

科學遊戲-化學-黑人的潔面慕斯


以往做實驗的時候常常會聽到「大象的牙膏」這個實驗,可是這跟牙膏一點關係都沒有。由於這個實驗是在試藥級的過氧化氫(H2O2l,俗稱雙氧水)溶液中加入一點洗碗精作為起泡劑,看到的現象就是從量筒中冒出一長條白色的、綿密的泡泡,好像在擠一條很大的牙膏似地,所以才被稱為大象的牙膏,也有人稱之為「泡沫傳情」。

雙氧水在室溫下本來就會慢慢地自行分解水和氧氣,所以藥用雙氧水的製造商為了延長產品的使用期限,通常會加一點點甘油。不過為了使反應加快,通常我們會加入一種叫做催化劑的藥品,為了在這個實驗中做出粉白的效果,可以選擇的理想藥品為碘化鉀(KI)溶液中的碘離子(I-)。

催化劑是在最後才添加進去的,過氧化氫溶液在碘離子的催化下產生劇烈的分解,釋出大量的氧氣,但氧氣卻在向外衝的過程中被洗碗精包圍住,形成大量泡沫。反應式:2 H2O2l2H2Og+O2g+熱。
牙膏為何變成了黑色,因為加了二氧化錳
所以它不叫做大象的牙膏,可以叫做「活性炭潔面慕絲」

不過碘化鉀這個藥品不是每個學校都有,而且由於將催化劑配製成水溶液,有讓反應更為快速的優點,但是卻無法回收再利用。所以從開始教書到現在的十幾年間,在國中實驗室做這個實驗時,我都還是選擇使用二氧化錳(MnO2)粉末,因為可以回收。

操作的順序是這樣的:先加過氧化氫水溶液,再加一點點洗碗精將表面覆蓋住,最後才是倒入二氧化錳粉末。這樣有兩個好處,一方面可以看到黑色粉末慢慢在洗碗精中沉降,有個緩衝時間,讓學生有個心理準備,也有充分的時間撤退;另一方面夾在中間的洗碗精恰巧可以讓學生觀察沒有加催化劑前和有加催化劑後的極大差異。
這個過程為放熱反應,所以要小心容器的高溫
我選擇的是耐熱玻璃,而不是塑膠量筒,怕反應的高熱會使塑膠熔化

做實驗當然要有對照組,將有沒有洗碗精這個因素加進去就對了。曾經也在實驗室中示範直接將二氧化錳粉末倒入過氧化氫水溶液中,不過只能教師自己做給全班看,倒進去後要迅速退避三舍。那劇烈反應的程度跟火山噴發差不多,瞬間噴發而出的氧氣會將黑色粉末挾帶出來,令人瞠目結舌的場景至今仍歷歷在目。所以要事先做好安全措施和禁止進入反應區的叮嚀才行。

而且由於這個實驗有危險性,要小心不要被燙傷以及灼傷,也要小心過氧化氫水溶液雖然不像鹽酸是強酸,但對皮膚仍是有腐蝕性的,所以千萬不要在自己家做實驗,最佳的實驗地點在別人家或校長室。

還有個隱藏版的玩法,怎麼做?不是加色素染色,也不是拿大型的量筒做放大版的實驗。如果想知道,留言回應再交流吧!如果把容器換成開口很細、很窄的瓶子,會怎麼樣呢?這時候就不好再叫做「大象的牙膏」了,不如叫做「牙膏噴泉」。

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