在家就能做的小實驗 用小蘇打和醋吹氣球

作者:尾嶋好美

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編者按 吹氣球要費很大的力氣才能吹得起來,有沒有更省力的方法呢?本文作者尾嶋好美以「透過科學實驗培養邏輯思考的能力與自主性」為主軸,推動親子同樂的科學實驗教室。介紹如何運用小蘇打來吹氣球。

用嘴巴吹氣球這件事其實比想像中還要困難。小孩子一般很難把氣球吹大,就連大人也要用力吹才能吹出很大的氣球。吹氣球時,須要對氣球施加「由內而外的推力」,也就是說,吹氣球的力道必須大於「氣球內縮的力」及「周圍的空氣壓力」,這可不是件簡單的事。

另一方面,因為「小蘇打粉與混合後會產生氣體,有助於去除汙垢」,所以小蘇打粉常用於清潔環境。小蘇打粉與醋混合時會產生大量氣體,一段時間後才會停下來。讓我們試著利用這種「能一口氣產生大量氣體」的性質來吹氣球吧。

收集小蘇打粉與醋反應後產生的氣體

小蘇打粉(照片中央)可分為藥局販賣的高純度「碳酸氫鈉」、以及一般商店賣的低純度清潔用小蘇打粉。(世茂出版提供)

實驗所需物品:

橡膠氣球 1個
醋 100 mL
小蘇打粉 2大匙
寶特瓶(容量500 mL)、紙(影印用紙即可)

實驗方法:

1. 將紙捲成圓筒狀,插入氣球的吹氣孔,然後將小蘇打粉沿著紙筒的內側倒入氣球內(a),再拿走紙張。

(世茂出版提供)

2. 在寶特瓶內倒入醋(b)。

(世茂出版提供)

3. 將1的氣球吹氣孔套在2的寶特瓶瓶口上(c)。

(世茂出版提供)

4. 調整氣球位置,使內部的小蘇打粉落入寶特瓶內(d~e)。

(世茂出版提供)

* 這個化學反應有些劇烈,氣球很可能會突然彈開後弄髒周圍環境,所以請準備好弄髒也沒關係的實驗環境。在實驗時,臉不要靠近實驗裝置。

解說:酸性與鹼性

小蘇打粉的成分是鹼性物質「碳酸氫鈉」,醋裡面則含有酸性物質「醋酸」,將碳酸氫鈉與醋酸混在一起時,會產生化學反應,生成二氧化碳。這些二氧化碳可為氣球充氣,吹起氣球,且因為二氧化碳比空氣重,所以這種氣球在空氣中不會往上飄。

請在反應進行時摸摸看寶特瓶底部,應該會覺得涼涼的吧?這是因為,碳酸氫鈉與醋酸的反應為吸熱反應,會從周圍奪走熱能。

碳酸氫鈉的化學式寫做NaHCO3,溶在水中時會解離出Na+與HCO3;醋酸的化學式為CH3COOH,溶在水中時會解離成CH3COO與H+,因此將碳酸氫鈉與醋酸混合時,HCO3會與H+結合,生成H2CO3,而H2CO3會馬上分解成二氧化碳(CO2)與水(H2O)。這個分解過程會從周圍吸熱,所以周圍會覺得涼涼的。

若改用檸檬酸或延胡索酸等酸性物質取代實驗中的醋,也可以得到二氧化碳,譬如發泡入浴劑就很常用到碳酸氫鈉與延胡索酸。將其丟入浴缸內,溶解於水中後,碳酸氫鈉與延胡索酸就會起化學反應,產生二氧化碳。如果用手抓住發泡入浴劑,就會覺得涼涼的。

氯系漂白劑含有鹼性物質次氯酸鈉(NaClO),是鹼性水溶液,會與酸反應,常用於漂白餐具,不過次氯酸鈉與酸反應後產生的氣體不是二氧化碳,而是有劇毒的氯氣。氯系漂白劑與強酸清潔劑皆會標示「不可混合兩者,以免發生危險」就是這個原因,只要有酸性物質,次氯酸鈉就會產生反應,所以絕對不能將氯系漂白劑與醋或檸檬酸混合。

應用篇:二氧化碳的確認

氣球內的氣體真的是二氧化碳嗎?從以前到現在,小學自然課都會做一種實驗,確認「呼出的氣體內是否含有二氧化碳」。讓我們用同樣的方法來確認氣球內的氣體有沒有二氧化碳吧。

生石灰乾燥劑。自4 x 6 cm左右的小袋中取出,請盡量不要用手直接接觸。若使用一整袋大包乾燥劑來做實驗,可能會過熱造成危險。(世茂出版提供)

實驗所需物品:

海苔等零食內附的乾燥劑﹝包裝上標明含有生石灰、CaO(氧化鈣)的乾燥劑) 少量
水 適量
寶特瓶(容量500 mL)2個

實驗方法:
1. 在寶特瓶內注入400 mL的水,加入乾燥劑,注意不要用手直接接觸乾燥劑。蓋上蓋子充分搖動(a)後,靜置待其完全沉澱(b)。

(世茂出版提供)
(世茂出版提供)

2. 小心地將1的透明上清液(石灰水)倒至另一個寶特瓶,注意手不要碰到液體(c)。

(世茂出版提供)

3. 將前一個實驗中吹起來的氣球自寶特瓶上取下,壓著氣球口防止氣體逸出。
4. 將3的氣球套在2的瓶口上(d)。反覆翻轉寶特瓶,使瓶內液體與氣球內的氣體充分混勻。翻轉寶特瓶時,注意不要讓氣球脫落(e)。

(世茂出版提供)
(世茂出版提供)

*乾燥劑與石灰水皆為鹼性,如果接觸到眼部可能會傷到眼睛。操作時須特別注意,要是手不小心碰到了,請馬上用水沖洗乾淨。

石灰水與氣球內的氣體混合後,會呈白色混濁狀。因為生石灰(CaO)溶於水中時,會轉變成氫氧化鈣(Ca(OH)2)※1,而氫氧化鈣又會與二氧化碳反應,生成碳酸鈣(CaCO3)※2。碳酸鈣是貝殼的主要成分,是一種難溶於水的白色物質。所以若持續對石灰水吹氣,便可使其轉變成白色混濁狀,這就是因為吐出的氣體內含有大量二氧化碳的緣故。
※1化學式CaO + H2O → Ca(OH)2 ※2化學式Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

不用手使氣球破裂

許多保溫容器都是以保麗龍製成,十分輕便好用。保麗龍是一種塑膠,由發泡的聚苯乙烯製成,其中有98%的體積是空氣,所以相當輕。
使用後的保麗龍可以融化後重新再利用。融化保麗龍時會用到「檸烯」。檸烯常見於柑橘類果實的外皮,可以讓我們在不碰到氣球的情況下,使氣球破裂。
這個實驗很有衝擊性,很受小孩子歡迎。不過,因為氣球破裂時會發出很大的聲響,實驗時請小心。

(世茂出版提供)

<本文摘自《放學後的理科教室:33個在家就能做的小實驗,玩出理科力!》,世茂出版提供>

責任編輯:茉莉

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