2012年2月3日 星期五

2012.02.02 認識酸、鹼與酸鹼指示劑

相信大家都對前幾年的新聞一定都不陌生,從毒奶粉三聚氰胺(按我見參考資料)到塑化劑鄰苯二甲酸酯類(按我見參考資料),社會大眾會開始注意到日常生活中到底有什麼物質會對人體造成傷害,那又需要多少的量呢?這就牽涉到今天的主題「分析化學」拉~

分析化學簡單的來說就只有兩件事要做而已,一 .定性 、二.定量,而定性就是到底是什麼;定量就是到底有多少,有了這兩個概念,就要可以進入今天的主題:分析化學!今天來替我們上課的是在師大化學系姚清發教授實驗室博士後研究的郭俊偉博士,郭博士也是在師大取的博士學位的喔!!(三年之間可以拿到博士學位真很厲害!!)

其實,分析化學十分貼近我們的生活,從吃的喝的用的都有分析化學的影子存在,那其中又有哪些可以討論的呢?!來~看下去吧!!
[圖1.1]   這些東西你都有接觸過吧~
沒錯,今天就是要來討論:酸與鹼的特性以及如何檢驗!
[圖1.2]  利用石蕊試紙來測驗物質的酸鹼性是最直接也最普遍的作法!
千萬別傻傻地利用嘴巴嚐一嚐喔!!! 
[圖1.3]  原來~在不同土壤酸鹼值長出的植物也會有不一樣的花色~
相同的,分析化學不會只有觀察現象而已,化學家會開始藉由觀察到的性質和特色,試著利用有系統的邏輯思考方式歸納出一個學說,接下來要介紹幾位對於酸&鹼著有學說的科學家!
[圖1.4]  開始進入酸鹼的第一個理論:阿瑞尼斯學說 
[圖1.5]  這是利用圖畫的方式呈現出阿瑞尼斯學說,
要注意,特點就是阿瑞尼斯的學說是建立在"水中"的喔!
[圖1.6]  還有另外一外科學家對於酸和鹼也提出了自己的學說,
也就是布-洛酸鹼學說。(又稱"布忍斯特羅瑞酸鹼學說") 
[圖1.7]  布-洛酸鹼學說中"沒有"限定在"水中"!
代表,只要有此現象都屬於此學說喔~
向大家解釋完酸&鹼的基本性質之後,當然就要進入今天的重頭戲!酸鹼中和,然而,酸鹼中和我們要如何觀察呢?今天下半段整個主題都是繞著這一個概念出發,各位同學請跟上腳步,要向前走囉~
[圖1.8]  酸鹼中和是屬於放熱的反應,
而酸鹼中和最重要的精神就是要達到"H+莫耳數=OH-莫耳數"
[圖1.9]  這就是在酸鹼中和時常利用到的計算方式!
除了石蕊試紙之外,我們還有很多的酸鹼指示劑,可以藉由以下各種的指示劑變色的範圍,來確定這個物質的酸鹼性。尤其是,當我們在操作酸鹼中和的實驗時,如果沒有指示劑的幫助,我們就無法判斷是否已經到了當量點(按我見參考資料),因此我們會選擇適當的指示劑來幫助我們判斷!切記,指示劑也不可以加太多喔!因為會影響到實驗的數值~這樣苦心做的實驗就白費了... ...
[圖1.10]  這些就是時常利用來判斷酸鹼性的指示劑!
除了酸鹼中和之外,郭俊偉老師還介紹了一些時常用來分析化合物的儀器,這些儀器都可以來幫助我們辨認化合物的身分,當然,像是三聚氰胺或是塑化劑都是無所遁形的啦!
[圖1.11]  這就是高層析液相層析儀!看起來很複雜吧~
他可是用來分析物質的好幫手喔~ 
[圖1.12]  高層析液相層析儀是利用時間差來將物質分離出來,
再找一個相同的化合物進行時間的比較,如果時間相同,我們可以猜測,他們為同一物質
關於色層分析的概念,在上學期的課程當中都有提過喔~大家可以複習一下!!(按我見參考資料)
[圖1.13]  這就是MALDI-TOF 質譜分析儀 ,也是一個科學家必備的好幫手!
可以幫助科學家斷定此化合物的組成成分和結構!
[圖1.14]  由管老師介紹郭俊偉博士的經歷~ 
[圖1.15]  今天是由郭俊偉博士來向大家介紹分析化學中的"酸&鹼"
[圖1.16]  你看看大家依舊認真~不錯喔!!繼續加油~
呼~上完了理論的課程,看起來這些內容好想沒有想像的這麼難齁!!聽得懂,表示你有化學的慧根~如果聽不懂也沒有關係,只要把你的疑問一直在腦中一直想,如果能夠想出來或跟同學師長們討論出來的話~那樣的成就感是非常棒的!要記得~Never give up!

大家一定很好奇接下來的趣味實驗會是什麼呢?我們即將化身成為一個能控制世界色彩的魔術師,我只要轉一轉,說變色就變色,變紅色就變紅色,變藍色就是藍色,走吧!!!我們也一起來當個魔術師吧~
大家有沒有猜出來啊!!!到底是什麼原因,讓這些液體可以乖乖的聽話變色啊!??!有沒有想到,和剛剛上到的有關係喔~沒有錯就是指示劑和液體酸鹼度的關係!當酚酞遇到酸是無色,可是碰到鹼會變成粉紅色;溴瑞香草藍則是在酸性時是黃色,鹼性時是藍色!就只有這兩個指示劑就可以有這樣神奇的變化!下次如果有人在你面前表演著個魔術,千萬別當中揭穿他,要記得暗自把每一杯的成分都搞清楚喔!!!!應該....不會再被這個魔術騙了吧?!

龎老師再把這個實驗再加熱版上做一次,讓大家體會一下酸鹼中和加上指示劑顏色變化的瞬間,是不是很酷啊!!!
[圖2.1]  開始領取器材~回去製作囉~ 
[圖2.2]  善良的老師替大家準備了標籤紙,以防止加錯試劑的情形發生! 
[圖2.3]  大家也太幸福了!讓郭博士和管老師替大家分裝藥品!!
[圖2.4]  阿呀~好苦惱!!!面對七個杯子,四種試劑.....我要怎麼加,才會有魔術師的架式呢? 
[圖2.5]  別擔心!!!只要專心聽龎老師上課就可以了~
不然自己嘗試看看有沒有其他種玩法喔! 

[圖2.6]  最後也別放棄變成藍色的鹼性液體,因為裡頭含有溴瑞香草藍,
人體呼出來的空氣含有微量的二氧化碳,只要對裡面吹氣,就會從藍色變成黃色喔~ 
[圖2.7]  吹氣加上閉眼睛....
一定看不到顏色變化拉~
[圖2.8]  要像這樣,眼睛睜開
看著裏頭顏色變化才會有趣喔!


[圖2.9]  如如像這樣...喝可樂也不大好!
[圖2.10]  對拉~要專心看著杯內的溶液拉~





































除了上述兩種的指示劑之外,現在要介紹的是一個天然的指示劑,也就小學的時候有向大家介紹過了紫高麗菜!嘿嘿~沒想過此高麗菜也是一種指示劑吧~
[圖2.11]  沒錯!你看到的就是紫色高麗菜加熱水就可以得到天然的指示劑囉~ 
[圖2.12]  大家可以隨意的配出各式的顏色喔~ 
[圖2.13]  要記得依著規律的順序排出來喔!!











[圖2.14]  沒錯,就是這樣喔~會發現,除了鮮豔的艷色之外,也會有一些特定的規律喔~ 
[圖2.15]  用白紙墊底讓顏色更明顯,是個聰明的方法!
[圖2.16]  會發現每組調配出來的顏色都會有些許的差別喔!
自色高麗菜指示劑的顏色十分繽紛喔~自己在家裡也可以做,不過有一個缺點是,因為他是"天然"的指示劑,放久了是會發霉的!!也會吸收空氣中的二氧化碳,而影響到了本身的酸鹼值!大家要注意喔!!

哇~當了一上午的魔術了,我想... ...精神力、魔力和體力都已經消耗殆盡了吧!快~我們去餐廳補充體力囉~
[圖3.1]  挖~今天是鐵板麵喔~~
[圖3.2]  今天大家的食慾都相當不錯喔!!! 
[圖3.3]  為什麼你有炒飯?????因為....炒麵被大家吃完了.....老闆大方送
幫大家炒飯加菜!
下午的實驗,是要操作一個很經典的實驗!"酸鹼滴定"沒錯,就是這一個實驗,可以從國中到高中甚至在大學都必須使用到的技巧,也是和今天早上的課程相同喔~大家應該都很熟悉了,但是,滴定有非常多的技巧,很多小細節都是要注意的!龎老師一定也會一再的提醒大家!大家要務必遵守喔~
[圖4.1]  龎老師正在和大家解釋如何計算濃度! 
[圖4.2]  那如果達當量點的時候蓋如何計算呢?讓老師正在教你算呢~ 
[圖4.3]  龎老師正在介紹今天會用到的藥品
[圖4.4]  沒錯這就是今天的主角"滴定管"
[圖4.5]  要使用滴定管前一定要先潤洗喔!潤洗是有技巧的~
[圖4.6]  潤洗完畢之後,使用漏斗將要滴定的溶液放進滴定管中!
切記,千萬不要在架子上裝液體!這是十分危險的行為,萬一打翻了,
後果不堪設想!請大家務必注意!
[圖4.7]  一切準備就緒之後就可以開始滴定囉!
[圖4.8]  在下方的錐形瓶,一定要記得加入酚酞喔!
不然,如何滴定都不會產生變化,這樣就囧了... ... 
[圖4.9]  好~換同學們開始操作實驗囉! 
[圖4.10]  利用白紙在底下當襯底,是一個很棒的方法,
這樣一來就可以看得清楚指示劑顏色的變化了!  
[圖4.11]  當滴定結束之後,就可以利用上課交的公式算出要求的濃度了!
[圖4.12]  此時龎老師再重新配了一個新的未知濃度的鹽酸溶液,
給同學當作挑戰,挑戰成功有獎品喔!
[圖4.13]  別擔心,和之前一樣,別忘記計算的方式喔!!很快就可以算出來了!  
[圖4.14]  挖~管老師上台詢問大家的答案......最接近的有獎品喔! 
[圖4.15]   這就是各組做實驗得來的答案,看起來都滿接近的喔~
龎老師公布答案是..............0.15M !!!!!!!!!!!!!!!!!
我們恭喜第七組為最接近的答案!不過大家有注意到嗎?其實,都很接近!因為在指示劑變色的那一瞬間很難控制,差了一滴,就會差很多,不過,大家有這麼小的誤差,對於第一次接觸滴定的各位,已經很優秀囉~要繼續加油! :)
[圖4.16]  我們恭喜第七組這兩位優秀的同學! 
[圖4,17]  你看看!他們手上拿著獎品多開心啊~
(透露一下,獎品就是昨天介紹的縮小版
因為有兩位得主,把長的分成兩隻短的了^^) 
想當年,我在大學甄試考師大化學系的時候,那個時候還有實驗操作考,沒錯!題目就是「酸鹼滴定」,大致上來說,和這次的內容很像,對於當時很少再做實驗的我真的是連潤洗都會「皮皮剉」!現在再看到你們在國中階段就可以做得如此熟練,真的是有點佩服呢!

不用想也知道,經歷過了一個完整的實驗,一定餓扁了!東西收拾一下,我們到餐廳吃點心囉~今天是好吃的蘿蔔糕喔!實驗完,吃起點心來是不是特別好吃啊?!
[圖4.18]  比YA的手勢助教的手,你看看,好吃到他都比YA了!
時間好快喔!明天就是營隊的最後一天囉~不知道大家在這一個禮拜之中學到了些什麼呢?趁著記憶猶新的時候,寫一些下來吧!明天和大家分享一下喔~

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