生活中的科学在家玩科学

1、生活中的科學：在家玩科學本教材譯自英國Techniquest ()之Science Alive: Chemistry in the Home教育局已獲Techniquest授權上載此教材於資優教育組網頁，供學校參考及下載。本組在此特別鳴謝Techniquest及Dr. Clare Coombes ，Dr. Sue Cavell！在家玩科學在日常生活中，尤其是在廚房，不難找到物料來示範一些簡單的實驗原理。我們集中從兩個經常被研究的範圍揀選了一些簡單的實驗。目錄物質的實驗實驗一：搓麵粉實驗二：自製泥膠實驗三：彈彈球實驗四：超級吸水大笨象實驗五：牛奶

2、塑膠化學反應實驗一：酸鹼實驗實驗二：自製炸彈！實驗三：無字天書實驗四：茶葉墨水實驗五：酵母菌吹氣球 液體的特性實驗一：染色蛋實驗二：會浮的高爾夫球實驗三：熔岩燈實驗四：在牛奶上滑翔物質的實驗實驗一：搓麵粉所需物資：- 麵粉(半碗)- 水 (1碗)- 膠碗- 膠飯勺 / 木匙實驗：1. 將水加入麵粉。勿調換次序，因其目的是做成一碗具流動性的麵粉漿混合物。2. 試用慢至快的速度攪拌麵粉漿以探究一下麵粉漿的特性。然後，試用手指按麵粉漿。你的感覺如何？探究活動：你認為做麵包的時候，攪拌麵粉的力度會否影響其鬆軟程度？如果你要做一塊白麵包，你會用怎樣的力度攪拌做麵包的所需材料(麵粉、酵母菌、水)？快試試找

3、出鬆軟最恰到好處的麵包吧！實驗原理：每當攪拌、壓打或捲碌混合物，無論力度是輕是重，都會有某程度的力施加於混合物之內。麵粉和水之混合是一個混合物的例子。視乎所施加的力有多少，其不同流動之狀態也有不同。麵粉不會溶在水中，但是會以很細小的顆粒懸浮在水中。當有恰當份量的水，這些細小而懸浮在水中的麵粉粒便會緊密地排列在一起，而麵粉粒之間會有一層薄薄的水層形成。即使以細小的力攪拌混合物，這水層仍可使麵粉粒滑動，形成流動性較大的、像液體般的混合物。另一方面，較快的攪拌速度或較強的力度會將顆粒擠壓在一起，把顆粒之間的水逼出。沒有了水的潤滑作用，顆粒便會擠在一起，使混合物的質地變硬。實驗一：搓麵粉工作紙一攪拌的

4、速度 (以每十五秒計)(快、中、慢)麵粉糰的軟硬度觀察一觀察二觀察三探究活動：麵粉(克)水(克)酵母菌(克)攪拌的速度(以十五秒計)麵包鬆軟程度ii. 結論a. 攪拌的速度 會 / 不會 影響麵包鬆軟的程度。b. 利用_克麵粉及_克水做鬆軟合宜的麵包，最合適攪拌的速度是_。實驗二：自製泥膠所需物資： - 含PVA膠水或白膠漿- 水 (1杯)- 硼酸 10克硼砂(約4.5茶匙，中藥店有售)+250克水 (即250cm3水)混合製成(小心！硼砂有害，勿吞)- 紙杯- 膠匙- 食用色素(如有)實驗：1. 在紙杯中，混合20cm3白膠漿(約4茶匙白膠漿)和20cm3水(約4.5茶匙水)。如有需要，加入

5、數滴食用色素，然後再加入1茶匙硼酸。2. 輕輕攪拌後把像泥膠般的混合物取出，用手指揉搓。3. 測試泥膠的特性：先輕輕地把泥膠拉開，然後快速地把泥膠拉扯。將少部份的泥膠捲成球狀，然後擲到地上。如將泥膠放在枱面上一會兒，會有甚麼變化？倘若用鎚子錘打一小片泥膠，泥膠又會有甚麼變化呢？你還可用拇指按壓泥膠，看看感覺如何。探究活動：試將從文具店買回來的泥膠或寶貼萬用膠與自製的泥膠比較。如果要把自製泥膠的質感做到像商業用的泥膠一般，你會改變甚麼變因？實驗原理：像麵粉漿一樣，自製泥膠與一般的流體有所不同。我們可以把這些混合物想像為一串很長而緊扣於一起的粒子。自製泥膠是一種由化學反應造成的聚合物(polyme

6、r)。聚合物是一種物質，而這種物質是由很多不斷重複基本結構的鍊環所組成。當白膠漿(PVA, polyvinyl acetate)和硼砂混合於一起時，白膠漿的鍊條會與硼砂離子發生化學反應，產生帶黏性的聚合物。自製泥膠的特性如何變化視乎施加的力有多強。當把自製泥膠擲到地面上，突然所產生出來的力會令到泥膠內的粒子扭曲繼而彈回，因此泥膠會反彈。如果較大的力施加到泥膠上，例如用鎚子錘打，有些泥膠的粒子會分離使泥膠破碎。但如果施加的力較小，例如在輕輕拉展泥膠的時候，泥膠的粒子會分開，然後組成新的鍊條結構，令到泥膠可以滑動。雖然商業用的泥膠在性質上與自製泥膠有點相似，但商業用的泥膠並不是由PVA組成的聚合物

7、而是矽的聚合物。這種由矽所產生的聚合物是於1940年在製造塑膠的時候意外地獲發現的。雖然泥膠並沒有運用於工業上，它卻是現今市場上一種新奇而又安全的玩具呢！實驗二：自製泥膠工作紙實驗：記錄泥膠特性的變化 (可以文字或圖畫做記錄)例：以輕力拉泥膠i.ii.iii.iv.v.探究活動：結論：要自製類似商業用的泥膠，需要_。實驗三：彈彈球所需物資：- 爽身粉- 無油添加護膚膏 (即水質的護膚膏 (moisturizing lotion)- 含PVA膠水或白膠漿- 飽和硼砂溶液 (不斷將硼砂加進半杯水中攪拌，直至硼砂不能再溶入水中)- 水- 食用色素- 紙杯- 玻璃棒(塑膠茶匙) / 鐵匙實驗：1. 把

8、一茶匙的爽身粉放入紙杯內。2. 加10cm3護膚膏(約2茶匙)，10cm3白膠漿(約2茶匙)，10cm3水(約2茶匙)。3. 將所有材料攪勻。4. 加三滴食用色素，攪勻。5. 再加5cm3飽和硼砂溶液(約1茶匙)，攪勻。6. 此時，攪好的材料呈膠狀物，試從紙杯取出。7. 試探究膠狀物的特性。探究活動：試以膠狀物與其他流質物件(例如：牙膏、蕃茄醬)比較。如果要把自製膠狀物的質感做到像牙膏，你會改變甚麼變因？ 你明白所涉及的原理嗎？實驗原理：- 當攪拌的時候，麵粉漿會變得愈來愈厚。但有些液體卻在被攪拌的時候有另一 “表現”。如蕃茄醬，其成份含豐富的澱粉質。當倒轉蕃茄醬瓶時，你會發現蕃茄醬很難從瓶中

9、流出。但當你拍打瓶底，澱粉質之間的吸引力會被破壞，蕃茄醬變得像液體般從瓶內流出。但是，澱粉質之間的吸引力會很快重組，使蕃茄醬又變得很難從瓶中流出。- 如果牙膏像蜜糖般，它便會很難從管內擠出，而且還難以停留於牙刷上。但事實並非如此。當施力於牙膏管上，牙膏會在牙刷毛上停留，這是因為在牙刷毛上沒有壓力的原故，牙膏可保持其固體的狀態。- 還有另一些例子，如牛油及人造牛油。牛油表面最初會很硬，但當用小刀刮其表面的時候，牛油會頓時軟化，但過後立即回復原狀。當塗牛油到麵包時，這現象會再次顯現。- 當倒轉原子筆的時候，筆芯內的墨水不會倒流。當寫字的時候，原子筆的滾珠會施力到墨水上，使它在紙上流動。當這種力消失

10、，墨水會變回原狀而不易把紙弄得污跡斑斑。實驗三：彈彈球工作紙實驗：記錄膠狀物的特性 (可以文字或圖畫做記錄)例：以輕力拉i.ii.iii.iv.v.實驗四：超級吸水大笨象所需物資：- 止尿片- 剪刀- 膠袋(密封的保鮮袋)- 紙杯- 玻璃棒(塑膠茶匙)(或鐵匙)- 水實驗：1. 小心地將止尿片撕開。2. 將止尿片內的棉花剪成小塊。3. 將棉花小塊放入保鮮膠袋內，封好後搖動膠袋。4. 把棉花棄丟後，收集膠袋內的粉末。(小心！這些粉可能會導致皮膚敏感。觸摸後記得洗手！)5. 量度收集粉末的重量。試探究這些粉末可吸收多少份量的水。探究活動：試設計實驗比較不同牌子的止尿片的吸濕能力。實驗原理：1. 止

11、尿片內有些很細小但吸水力很強的聚合物(polymer)結晶體 (sodium polyacrylate)，它呈粉末狀。這些吸水物質以往曾用於離岸的鑽油工業，吸水力可達本身重量的二千倍。而用於止尿片內的吸水物質，其吸水力相對沒有那麼強，但一般都可達本身重量的八十倍。無疑止尿片的發明為父母帶來方便、為嬰兒帶來舒適，但其廣泛的應用卻造成環境問題。已用的止尿片並不能循環再造，它們會被棄置於堆填區，而且其物料屬非生物降解，大大增加處理這些廢物所需的空間！實驗四：超級吸水大笨象工作紙實驗：1. 紙杯重量 = _克2. 紙杯重量 + 吸水粉重量 = _克3. 吸水粉重量 = _克4. 紙杯重量 + 吸水後的

12、粉和水的重量 = _克5. 被吸的水的重量 = _克探究活動：試用下面空白的位置，以列表的方法比較不同紙尿片的吸濕能力。實驗五：牛奶塑膠所需物資：- 牛奶- 紙杯- 玻璃棒(塑膠茶匙)(或鐵匙)- 食用醋- 廚房抹手紙(或咖啡過濾紙)實驗：1. 把奶加熱(如用紙包奶，可將之放進微波爐以中火加熱約1分鐘)。2. 倒和暖的牛奶到紙杯至1/4滿。3. 加入1茶匙的食用醋，然後攪勻。4. 用廚房抹手紙或咖啡過濾紙過濾。5. 將廚房抹手紙上的凝乳(curds)收集，再放在另一張的抹手紙上，並將凝乳的水份用紙吸收。6. 比較風乾後與新鮮隔出來的凝乳。探究活動：1. 試找出最佳製造凝乳的條件，如：牛奶的濃度

13、、食用醋的份量、溫度。2. 你可試試將凝乳製成白色的膠水。只要加入少量的碳酸氫鈉(小梳打/食用梳打)到凝乳後攪勻便成。試測試“牛奶”膠水的黏貼能力，注意“牛奶”膠水需要六小時才會乾透。實驗原理：牛奶含有水份、脂肪及一種叫酪蛋白(casein)的蛋白質。在正常的情況下，牛奶中的酪蛋白是溶於水的。但當牛奶加入醋酸後，化學反應便會發生，使酪蛋白的份子結集一起。這個把蛋白質轉變成固體狀態的化學反應叫作變性作用(DENATURE)。人們可應用這個化學反應生產芝士。當酪蛋白與福爾馬林(Formalin)化合後，一種很硬的膠狀物質便會產生，人們可用來製造衫鈕及織毛衣用的針！如果把碳酸氫鈉加到凝乳，剩餘的醋便

14、得以中和，牛奶中的酪蛋白會凝結成小塊，這些凝結物可黏貼不同的物質。實驗五：牛奶塑膠工作紙探究活動：1. 試以列表的方法記錄最佳製造凝乳的條件。2. 試設計實驗找出黏貼能力最佳的“牛奶”膠水。化學反應實驗一：酸鹼反應所需物資：- 碳酸氫鈉 (小蘇打)1茶匙- 白醋- 紫椰菜汁 (將紫椰菜小塊加進熱水，以鐵匙攪拌一會便可得到紫椰菜汁)- 洗潔精- 水- 鐵匙- 透明膠杯 (2隻)實驗：1. 將1茶匙碳酸氫鈉(小蘇打)放入透明膠杯內。2. 加入少量的水溶解粉末，然後滴入數滴紫椰菜汁指示劑。記錄顏色變化。3. 再加入數滴洗潔精。4. 用另一隻膠杯，加入適量的白醋，然後滴入數滴紫椰菜汁指示劑。記錄顏色變

15、化。5. 最後把兩隻杯內的液體混合。記錄變化。探究活動：1. 試設計實驗測試一種日常用品的酸鹼性質。實驗原理：碳酸氫鈉(NaHCO3)與白醋(CH3COOH)的化學反應是一個標準的化學反應(中和作用 neutralization)，在這個反應內的碳酸氫鈉跟酸發生中和作用而產生鹽、水及二氧化碳。當加入自製的酸鹼指示劑，指示劑的顏色隨之而發生變化。同時，也因為泡沫的形成令人看到二氧化碳氣體的產生。加入洗潔精就是為了產生泡沫。此外，碳酸氫鈉是一種可用來做蛋糕的材料。焗蛋糕的時候，蛋糕內的碳酸氫鈉(小蘇打)會被焗爐的熱力分解放成二氧化碳。而所釋出的二氧化碳會令到蛋糕鬆軟起來。用來做蛋糕的自發粉(bak

16、ing power)便含有碳酸氫鈉及酒石酸(tartaric acid)，當遇到水的時候，這兩種化學物質會發生反應放出二氧化碳。不過，在是次實驗中，這氣體的釋出是用來增加實驗所產生的化學效果的。工作紙實驗：紫椰菜汁的顏色：_測試項目紫椰菜汁的顏色變化碳酸氫鈉白醋試在下面空白的地方記錄混合碳酸氫鈉及白醋的變化：探究活動：試在下面空白的地方設計實驗，測試一種日常用品的酸鹼性質。實驗二：自製炸彈所需物資：- 菲林筒 (連蓋)- 碳酸氫鈉(小蘇打) - 白醋實驗：1. 加白醋到菲林筒至五分之一滿。2. 放菲林筒在枱面上。3. 將少量(不超過五分之一茉茶匙) 碳酸氫鈉放入菲林筒內，然後馬上把蓋蓋上。4.

17、 遠離菲林筒一段距離，並觀察變化。你需要等候一段時間才見到結果，所以如數分鐘後仍沒有反應，勿走近菲林筒。實驗原理：碳酸氫鈉加入酸後會發生中和作用，產生二氧化碳。菲林筒內二氧化碳的形成，會使筒內的壓力增加，最終把菲林筒蓋彈開。工作紙實驗：在下面空白的位置，記錄實驗結果。實驗三：無字天書所需物資：- 白紙- 檸檬汁- 棉花棒- 酒精燈/本生燈實驗：1. 用棉花棒蘸點檸檬汁，隨便在白紙上寫字。2. 可用酒精燈或本生燈把白紙上的字烘乾。3. 看看能否閱讀白紙上的文字？實驗原理：上述的實驗示範了兩種化學反應，包括光熱分解作用(thermal decomposition)及氧化作用(oxidation)。

18、檸檬汁含有很多物質，其中一種叫檸檬酸(citric acid)，它可以用來作食物中的防腐劑。在檸檬汁中，檸檬酸能夠阻止其他物質氧化，所以檸檬汁不會變成竭色。不過，檸檬酸遇熱很容易被分解。寫在紙上的檸檬汁遇熱的時候，檸檬酸被分解，而其他物質同時因而被氧化，紙上的文字便會慢慢出現。其實這種氧化作用可以在其他生果中見到，例如蘋果、梨等 (非橘子生果)。當這些生果被切開，跟空氣接觸後會便成竭色，道理也是因為氧化作用。人們會將檸檬汁灑在生果上防止生果變色。工作紙實驗：貼上“無字天書”。在下面空白的位置，記錄實驗原理。實驗四：茶葉墨水所需物資：- 硫酸鐵 (50mg) 小心：切勿吞服 (可往藥房購買補充鐵

19、質吃的鐵丸(例如：Iron Fumarate)- 茶包 (2個)- 熱水- 飲管- 防熱膠杯- 油畫筆實驗：1. 如有需要，將硫酸鐵磨成粉末。將粉末放入防熱膠杯，再放入兩個茶包。2. 小心地加入約一寸高的熱水，擺放5分鐘。3. 觀察熱水的變化。緊記不可飲用4. 同一時間，將飲管剪成鉛筆的形狀。只須把飲管的一角剪去5. 當膠杯的水溫度下降一點後，將茶包取出，並用飲管蘸點墨水在白紙上寫字。6. 如果用飲管筆寫字困難，可改用油畫筆。小心：墨水會永久玷污衣物！實驗原理：茶包含有丹寧酸(tannic acid)。丹寧酸與鐵發生化學作用後會產生一種黑色的物質，這種物質非常細小，能浮懸於水中。飲管筆因為毛細

20、管作用吸起小量的墨水，在紙上寫字的時候，墨水會停留在紙面上。水乾後，黑色的物質便會於紙面上出現。工作紙實驗：貼上用“茶葉墨水”寫的文字。在下面空白的位置，記錄實驗原理。實驗五：酵母菌吹氣球所需物資：- 膠樽(連蓋) (1個)- 汽球- 酵母菌- 砂糖- 暖水 (約30oC)- 茶匙實驗：1. 在膠樽內注暖水至1/3滿。2. 加入三茶匙砂糖。3. 加入兩茶匙酵母菌。4. 把樽蓋蓋上，搖勻使酵母菌及砂糖溶解於水中。5. 除去樽蓋，把汽球套在樽口。6. 觀察變化。實驗原理：一些泡沫會在樽內形成，汽球繼而慢慢脹起。在樽內發生的化學反應稱為發酵作用(fermentation)。酵母菌是一種微生物，它可將

21、糖份轉化成酒精和二氧化碳。二氧化碳這種氣體將汽球吹脹，並做出泡沫來。人們利用發酵作用生產食品(例如麵包和啤酒)已有一段很長的歷史。工作紙實驗：在下面空白的位置，記錄觀察結果及實驗原理。液體的特性實驗一：染色蛋所需物資：- 雞蛋 (4隻)- 水- 白醋- 鹽- 糖- 食用色素 (例如花紅粉)- 標貼- 膠杯 (4隻)- 水瓶- 玻璃棒(塑膠茶匙) - 量匙實驗：1. 取4隻膠杯，寫上四個標貼：杯A 、杯B、杯C、杯D。2. 在水瓶內，加500毫升水和2茶匙食用色素。然後在每個膠杯內注入1/4份量的顏色水。3. 根據標貼的指示，杯A加入1湯匙水；杯B加入1湯匙醋；杯C加入1湯匙醋及1湯匙鹽；杯D加

22、入1湯匙醋及1湯匙糖，然後攪勻。4. 在每隻杯內放1隻雞蛋，雞蛋須完全被液體浸蓋。5. 10分鐘後，把雞蛋取出。用清水沖洗。6. 等雞蛋晾乾後，在蛋殼上寫上標記。實驗原理：每隻雞蛋被食用色素染色的情度是視乎它浸在什麼成分的液體中。液體中是否含有帶電離子(charged ions)會影響蛋殼吸收食用色素的多與少(蛋殼的染色情度)。在蛋殼的表面，有一層很薄的蛋白質稱為角質層。這層角質層不帶電荷(neutrally charged)，當放在不帶電荷的液體(如水)，它能保持其不帶電荷的特性。但如果放在酸性的液體(如醋)當中，那些角質層的分子會帶正電荷 (positively charged)。食用色素

23、的份子在液體中通常帶負電荷(負離子)。如果在酸性的液體(如醋)當中，帶正電荷的蛋殼角質層分子會吸引食用色素負離子停留在蛋殼上，把蛋殼染色。如果把鹽加到水或醋的液體中，雞蛋會較難上色。原因是當鹽溶於水時會產生帶負電的氯離子，它們會被帶正電的蛋殼吸引，因而減少食用色素吸附在蛋殼表面。相反，糖不會有這樣的影響，因它沒有帶電荷的分子，所以不會干擾蛋殼表面與食用色素之間的吸引力。工作紙實驗：在下面空白的位置，以列表的方法記錄實驗結果。實驗二：會浮的高爾夫球所需物資：- 高身的器皿 (例如量筒)- 高爾夫球- 鹽- 水- 食用色素 (例如花紅粉)- 大燒杯 - 水瓶- 玻璃棒(塑膠棒/塑膠匙)實驗：1.

24、注水入燒杯至一半滿。放入高爾夫球，觀察有甚麼變化。2. 不斷加鹽入燒杯，以玻璃棒攪勻，直至見到高爾夫球浮起。3. 把(2)的鹽水及高爾夫球倒進高身的器皿(例如量筒)。4. 加水到水瓶，然後加數滴食用色素。小心將染色的水倒入(3) 的高身器皿(可將高身的器皿傾斜，然後慢慢將染色的水由器皿的頂部流入鹽水層的上面)，但切記不可撞擊鹽水層。把染色水注滿高身的器皿。5. 在高身器皿畫上記號以記錄高爾夫球最初的位置。6. 數天後，觀察變化。實驗原理：上述實驗是基於密度的改變所致。鹽水的密度比水大，所以在同一個容器內，鹽水會沉底，但水會浮在鹽水面上。高爾夫球的密度比水大，但又小於鹽水，所以高爾夫球會浮在鹽水

25、和水之間。但數日後，因為擴散作用，水和鹽水會慢慢混合起來，以致溶液的整體密度低於高爾夫球，所以高爾夫球最後沉到高身器皿底部。這個概念可由一個簡單的實驗示範得到。實驗是把一罐健怡可樂及一罐普通可樂放入一桶水中，它們會浮於水面。雖然兩者的體積相同，健怡可樂比普通可樂浮在水面較上的位置(即浮力較好)。這個現象可用密度來作解釋。兩種可樂密度是不同的，因為兩者質量有分別(質量 = 體積 ´ 密度)。兩種可樂的質量不相同，是由於兩者所含的糖的種類(健怡可樂含有人造糖；普通可樂則含有糖分)不同所致。這個差別可以用另一個簡單的實驗來示範。首先在天秤的一邊放一罐普通可樂，然後在另一邊放一罐健怡可樂，在

26、健怡可樂那邊繼續加糖直致天秤兩邊平衡為止。這可證明多加的糖就是存在於普通可樂中，同時這亦反映人造糖和普通糖的甜度之分別。工作紙實驗：在下面空白的位置，以繪圖的方法記錄實驗變化。實驗三：熔岩燈 (Lava Lamp)所需物資：- 膠杯- 植物油- 水- 鹽- 食用色素實驗：1. 加水到膠杯至2/3滿。然後加5cm高的植物油。2. 加數滴食用色素，觀察變化。3. 撤鹽於植物油上，觀察變化。4. 繼續撤鹽，觀察變化。實驗原理：水和油是不能混和的(immiscible)，因為油的密度比水低，所以它浮在水上面。食用色素亦不能溶於油，所以它以一個個小滴停留於油的上面。同樣，鹽不溶於油，但因為它的密度比油高

27、，地心吸力會使它沉於膠杯底。當鹽走向瓶底時，它會將油拉向水底。當鹽沉到膠杯底，它會溶在水裏，而油便會浮回油層。食用色素亦同樣被鹽拉到水層，因它溶於水，所以會使水的顏色有所變化。熔岩燈的運作原理與上述的實驗類同。在燈內，有兩種不同顏色的液體，它們是不能混合一起的，但其密度的分別不大(即兩者的密度頗接近)。熔岩燈底部裝有一盞燈，它會使顏色液體受熱。受熱後顏色液體的密度會變低，因此它會浮上面。當遠離底部時，它的溫度隨之而下降，密度會變高，所以會沉回瓶底直至這個過程重複發生。其實，藉著這個實驗也可示範洗潔精和肥皂的清潔作用原理。簡單地在兩個膠樽內加水，然後加一層植物油。在其中的一樽，加入數滴洗潔精。把兩個膠樽蓋上後搖勺，觀察變化。很明顯，在沒有加入洗潔精的一樽，水和油最後會分成兩層，兩者不會混合。但在加入洗潔精的一樽，油滴會懸浮於水中。液體的可溶性(miscibility)視乎液體粒子的形狀和電荷。如果兩種液