國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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磁性異形--膠水系列 3之 2

白膠變身為隨著磁鐵起舞的異形!

器材白膠、硼砂、四氧化三鐵、燒杯、量筒、冰棒棍(或竹筷)

※操作過程與現象

本實驗參考大甲高中廖旭茂老師發表於「科學研習」的文章(參考資料1),以白膠(含聚醋酸乙烯酯)製成磁性橡皮泥,此橡皮泥能被強力磁鐵吸引,模樣猶如具有生命,因此又稱為「思考泥」(thinking pad)。製備過程如下:

1.秤取硼砂(sodium borate,Na2B4O7·10H2O Na2[B4O5(OH)4] ·8H2O)約0.8克並加水15毫升,在燒杯中(或塑膠免洗杯)進行攪拌,最後杯底仍有硼砂沉澱,無法完全溶解,上層的澄清溶液即為飽和的硼砂水溶液

2.秤取約30克的白膠及6克的四氧化三鐵粉末(氧化鐵黑,ferroferric oxide,Fe3O4),裝入燒杯中,並充分攪拌混合均勻,如圖一

3.將第1步驟的飽和硼砂水溶液,每次約1毫升,加入步驟2的燒杯中(如圖二),每次添加之後要立即快速的攪拌,以形成均勻的橡皮泥。若添加太快,容易產生結塊的橡皮糰。最後當攪拌到可以拉起全部的橡皮泥時(如圖三)便可停止,此時飽和硼砂水溶液的添加用量約12毫升。

4.取出橡皮泥,如果橡皮泥還會黏手,再加入少許的硼砂水溶液並用手搓揉均勻。如果橡皮泥太硬,不容易拉長或一拉長就脆裂,代表硼砂使用過量,則再加入少量的水搓揉均勻。最後橡皮泥呈現柔軟不沾手、油亮的狀態,如圖四。

5.以強力磁鐵靠近橡皮泥,觀察能否形成圖五~圖七有如引蛇出洞」的有趣變化--橡皮泥會被吸引出觸角,並跟隨著強力磁鐵擺動。

觀看實驗結果(16.2M)

※原理

本實驗原理與「膠水趣味實驗」相似,都是發生「交連(cross linking)反應」白膠含有聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate,簡稱PVAc),分子式為[–CH2–CH(OOCCH3)–]n

  當硼砂加入白膠之後,由於硼砂會解離出 離子與PVAc分子形成交連(cross linking

)作用,使分子之間的吸引力更強,無法自由運動,因此有固化的現象。

  PVAc與硼砂的交連作用,有二種可能機制一是如圖八, 的H與PVAc的O以氫鍵互

相吸引而交連二是如圖九,PVA先與水進行水解反應,脫去乙醯基(CH3-CO-),產生PVA與醋

酸,PVA再與 離子進行交連,PVA即膠水的主要成分聚乙烯醇,其交連作用請參閱

膠水趣味實驗」的原理。

圖八與圖九的不同機制,似乎尚未有定論,參考資料3就指出二種機制都有人提出,例如參考資料6則反應機制是圖八,而認參考資料4、5則認為是圖九。

※叮嚀的話

1.以強力磁鐵靠近磁性異形時,注意距離的掌控。如果距離太近,磁性異形會立刻被吸到磁鐵上;距離太遠則無法將磁性異形吸引出條狀的異形。當吸引出磁性異形時,隨意擺動強力磁鐵,觀看異形隨著舞動的有趣現象。

2.以膠水取代白膠製作磁性異形,成品的效果比較差,較難吸引出條狀的異形。

3.除了以強力磁鐵吸引磁性異形的玩法,如果將強力磁鐵直接放在磁性異形上,可以看到強力磁鐵很快的被磁性異形「吞食」喔!

4.在教學上;建議高中以上可以討論「交連作用」的機制以及應用,而小學高年級以上可以將磁性異形當為導電黏土,測試磁性異形是否可當為導電材料?

※參考資料

 1.廖旭茂(2013)。自製磁性異形。科學研習,52(6),26-31。

http://activity.ntsec.gov.tw/activity/ssm/52_6/index.html#28

 2. Youtube影片(Magnetic Thinking Putty)

(1) http://www.youtube.com/watch?v=2bx3PYFwnnA&feature=related

(2) http://www.youtube.com/watch?v=BJM_asLtrbQ&feature=related

(3) http://www.simplyclevertoys.co.nz/magnetic-thinking-putty/

3. Noon Science- Slimehttp://www.sci-experiments.com/slime/slime.html

4. 路易斯州立大學化學系,Silly Putty: http://chemistry.lsu.edu/site/Outreach/item1739.pdf

5. Slime Labhttp://chemistryblogsarah.blogspot.tw/2012/12/slime-lab.html

6. Chem Webhttp://www.mro-chemweb.com/honchem/docs/labs/slime.pdf