回首頁

«

»

化學示範實驗:雪花聖誕樹(Solubility)

PrintFriendly

化學示範實驗:雪花聖誕樹(Solubility)
桃園縣私立復旦高級中學化學科陳淑媛老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

小時候有一種玩具,當你加了一種溶液後,只要經過一個晚上,紙樹就會神奇的開花了。其實看起來很神奇,說穿了其實它只是溶解度及結晶的應用而已。如果是用白色結晶則看其來就像雪結在樹上,所以常常被當成聖誕節應景禮物送人。要一起來做一個特別的聖誕禮物嗎?

一、實驗目的:了解固態物質的溶解度與結晶。

二、實驗原理:
溶解度:
在一定溫度下,定量溶劑中可以溶解溶質的最大量稱為該溶質在此溶劑的溶解度(Solubility)。常見的溶解度的單位是「克 (g) 溶質 / 100 (g) 溶劑」與「莫耳溶解度,(莫耳 (mole) 溶質 / 升 (L) 溶劑)」。

溶質和溶劑不限固體、液體或氣體。如果沒有指明溶劑種類,通常意味著溶劑為水,比如「氯化鈉的溶解度」代表的是「氯化鈉在水中的溶解度」。溶解是物裡現象,沒有化學反應發生。溶質在溶劑中的溶解度並不是一個恆定的值,跟溶質分子間與溶質-溶劑分子間作用力、溫度、溶液中是否有其他溶質存在等有關(表一),氣體的溶解度則和氣體溶質的分壓有關。因此,物質的溶解度都會清楚的標明溫度、壓力和溶劑。

表一、1atm下的氯化胺在不同溫度下對水的溶解度(g 氯化胺 /100 g 水)

結晶:
當加入溶液中溶質的量超過溶解度時,溶液中多餘的溶質會沈澱於溶液中。此時的溶液溶質的溶解速率和沈澱速率相等,達到溶解平衡,為飽和溶液。如果移除的部份溶劑,使被溶解的溶質量瞬時大於溶解度(過飽和溶液),因為定溫定壓下溶解度不變,根據勒沙特列原理,故溶質的沈澱速率會大於沈澱速率,減少溶質在溶液中被溶解的量,直到溶液從過飽和溶液變成飽和溶液。

結晶,是指從飽和溶液或氣體中凝析出具有一定的幾何形狀的固體(晶體)的過程。在自然環境下,氣溫的下降或壓力的作用,都會造成結晶。結晶是一個緩慢的沈澱過程。

紙樹之所以會開花,是由於當紙樹浸入磷酸二氫鉀(KH2PO4)水溶液後,水溶液藉毛細現象在紙樹中快速上升,直達全棵樹; 由於水從各樹枝末端蒸發,使得末端水溶液濃度越來越高,使得此鹽類水溶液在樹枝形成過飽和水溶液,水溶液中白色的磷酸二氫鉀結晶析出,看起來就像從末端開始開花。 當水溶液沒了,紙樹乾了,它就不會再開花(結晶)了。

三、實驗儀器及藥品:

四、實驗步驟:
1. 市售紙樹
(1)照市售紙樹袋上之說明,種好紙樹(將神奇魔術水放入塑膠盒中,種上紙樹即可)。
(2)觀察紙樹開花之情形。
2. 自製紙樹
(1)將西卡紙三摺後,依市售的紙樹大小剪出三棵紙樹。
(2)用雙面膠帶將三棵紙樹從背後黏好,形成立體的紙樹。
(3)用熱水將磷酸一鉀溶解成飽和溶液。
(4)將紙樹放在小碟子上,倒入5 mL的磷酸二氫鉀水溶液(或直接將紙泡入溶液中)。
(5)觀察紙樹開花的情形,並與市售的紙樹加以比較。
(6)也可在自製的紙樹上塗上各種顏色,則會開出更漂亮的花。

備註:水溶液的濃度,環境的溫、濕度、是否通風,以及紙樹的形狀、紙樹分岔的情形……等,都會影響紙樹開花(結晶)的快慢。

實驗照片:
1. 市售聖誕樹

2.一段時間後,尖端有晶體析出

3. 加熱磷酸二氫鉀溶液

4.自行裁剪聖誕樹

5.自製的聖誕樹

參考資料:
1. 維基百科網站–溶解性 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/溶解性
2. 彰化縣立陽明國民中學,奇幻晶靈—探討紙樹的結晶條件,彰化縣第48屆中小學科學展覽會作品說明書-編號22024。
http://sfs2.ymsc.chc.edu.tw/sfs3 … 2005/1224386032.pdf
3. 維基百科網站–結晶 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/結晶
4. 維基百科網站–溶解度表  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/溶解度表

發表迴響

暱稱和郵箱必需填寫,您的郵箱只有管理員可見。


6 + = 14


Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...