交聯作用

化學教室活動:製作磁性異形(How to Make Magnetic Alien)〔II〕

化學教室活動:製作磁性異形(How to Make Magnetic Alien)〔II〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結,參閱「製作磁性異形〔I〕」

教師指引(Teacher’s Guide)

教學提示

1. 切記四氧化三鐵不可添加過量,否則不易攪拌均勻,易發生疙瘩狀的結塊。

2. 飽和的硼砂水溶液切勿添加太快或過量,否則「異形」會太Q或太硬,影響強力磁鐵的操作的效果。

3. 製作完成的磁力異形請務必放置入可密封的塑膠瓶中,以防水分蒸發,甚至乾掉硬化。

4. 製作磁力異形時,必須攪拌均勻並搓揉至油亮光滑的程度,細小的四氧化三鐵粉末很容易被磁鐵吸引。

原理和概念

磁力異形的製作原理主要是高分子聚合物之間的交聯反應(cross-linking)。以下分別詳細地說明相關的反應與作用。

● 白膠與硼砂的交聯作用:白膠的主要成分是聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate, PVAc),化學式為(C4H6O2)n,其單體為醋酸乙烯酯,是一種有彈性的高分子加成聚合物,廣泛用於木材、印刷裝訂和書籍藝術的黏著劑,其結構容易與透明膠水的主要成分-聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)相混淆;而硼砂(borax)在水中會形成硼酸根離子,三者的結構式,分別如圖六所示:

化學教室活動:製作磁性異形(How to Make Magnetic Alien)〔I〕

化學教室活動:製作磁性異形(How to Make Magnetic Alien)〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義(Student Handout)

磁性異形簡介

本實驗活動係利用白膠的主要成分-聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate, PVAc)取代製作異形或QQ球的透明膠水主要成分-聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)。在透明膠水中,加入不等量的飽和硼砂水溶液,使高分子鏈之間產生交聯作用(cross-linking),以降低它的流動性。在加入氧化鐵黑(ferroferric oxide)粉末後,充分攪拌均勻,形成「異形」。利用強力磁鐵進行演示,結果發現「異形」能被強力磁鐵吸引,且能靈活伸展移動,模樣仿如外星生物(亦稱磁力異形),讓學生感受驚奇有趣,甚至連大人也張目咋舌,愛不釋手。

透過教育部化學學科中心種子教師工作坊培訓活動、化學闖關教師工作坊以及縣市夥伴的研習,「製作磁力異形」有機會推廣與分享到全國各高中,如中山女高、竹山高中和高雄中學等學校,約有250位化學教師參與磁力異形的製作工作坊,並且獲得多數老師的贊同與肯定;除此之外,磁力異形亦應用於高三學生有機高分子的實驗教學,深受學生喜愛。分享「製作磁力異形」工作坊的活動照片,如圖一所示。

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圖一 化學學科中心趣味實驗教具製作工作坊(於大甲高中)

本文除描述磁性異形的製作方法外,也提供其有趣的演示戲法和自製的影片,並且詳細地說明此實驗所涉及的原理與概念。