製作酒精膏--酒精趣味實驗 3之2

煮火鍋的酒精膏如何製作呢?

器材酒精、醋酸鈣、量筒、燒杯、蒸發皿或耐熱容器、刮勺

※操作過程與現象

在火鍋店或餐廳經常可以看到用來加熱的「酒精膏」,而不使用液態的酒精,因為液態的酒精容易翻倒或濺出來,比較危險。製作酒精膏相當簡易,方法與步驟如下:

1.配製飽和的醋酸鈣水溶液:取3.5克的醋酸鈣放置於燒杯中,再加入10毫升的水,攪拌使醋酸鈣溶解。

2.量取50毫升的酒精,再加入一滴食用色素(顏色不限)將酒精染色,然後將10毫升飽和的醋酸鈣水溶液倒入酒精中(如圖一),不必攪拌。不到一分鐘就可看到酒精凝結為膠狀(如圖二),再用刮勺取出,就完成酒精膏的製作了(如圖三)。

3.將酒精膏放在蒸發皿或耐熱容器上,點火燃燒,可看到火焰有很淡的黃色(如圖四)。如果以「異丙醇」取代酒精,依上述步驟也可以製作成「異丙醇膏」,燃燒的火焰顏色則是很鮮明的黃色(如圖五)。

註:純酒精的火焰顏色為淡藍色,酒精膏的火焰顏色為淡黃色的主要原因,是因為加入的醋酸鈣,鈣的焰色為磚紅色(brick red),而純的異丙醇焰色為黃色

 

觀賞實驗過程(6.5M)

※原理

物質成為氣態、液態或固態,與物質的粒子或分子之間的吸引力有絕對的關係。在固定溫度與壓力時,如果粒子或分子之間的吸引力很小,自由度較大(彼此的距離遠),就容易成為氣體。吸引力較大時,距離會拉近,自由度降低則成為液體。如果吸引力大到某個程度,使粒子或分子難以自由運動,就會成為固體。

液態的酒精(乙醇)會形成膏狀,主要是因為與醋酸鈣之間的作用力。如圖六所示,酒精的分子為C2H5OH,具有-OH基(醇的官能基),因此酒精為極性分子,O帶部分負電(δ-),H帶部分正電(δ+,酒精分子之間就以這些靜電力吸引在一起(稱為氫鍵),在常溫常壓為液體。

而醋酸鈣((CH3COO)2Ca)的醋酸根離子(CH3COO-)具一個負電荷,鈣離子(Ca+2)有二個正電荷,彼此的靜電吸引力相當大(稱為離子鍵),因此在常溫常壓為固態

當酒精與醋酸鈣加在一起之後,CH3COO-、Ca+2、C2H5OH等各粒子之間(包含同樣有氫鍵的水分子)彼此以靜電力互相吸引在一起,這些吸引力夠大,使粒子的自由度降低,因而形成了接近固態的膏狀

※叮嚀的話

1.在製作酒精膏的過程,危險性並不高,但是製作完成後點火燃燒時,請注意不要引燃其他可燃物(例如桌上殘留的酒精),而且務必準備滅火器與濕抹布備用。

2.由網路資料(如參考資料3)的製作方法,發現可以使用雞蛋殼或粉筆加醋酸的方式取代醋酸鈣,因為雞蛋殼或粉筆的主要成分是碳酸鈣(CaCO3),加入醋酸後可以產生醋酸鈣。版主經過多次實驗,發現雞蛋殼加醋酸之後再加入酒精,的確也會形成小部分的膏狀產物,但是無法全部凝結為塊狀,因此建議還是直接使用醋酸鈣,效果較理想,也比較有實用價值。

3.在教學上,可以指導國中以上學生實驗與討論以下問題:(1)將酒精換成甲醇或其他溶劑,是否也可以製造為膏狀?(註:水溶性的溶劑才有可能成功)?(2)是否能以形成膏狀的結果來推論這些溶劑的極性(氫鍵)的強弱?(3)改變酒精與醋酸鈣的體積比例,或是試驗醋酸鈣的濃度(非飽和水溶液),實驗能否製作出酒精膏?

※參考資料

1. Steve Spangler Sciencehttp://www.stevespanglerscience.com/lab/experiments/holiday-fire-red-green-flames#experiment

2.蔡明格(1999)。酒精固體燃料的製作與研究全國中小學科展作品,高中組化學科。http://science.ntsec.edu.tw/FileAtt.ashx?id=4384

3. eHowhttp://www.ehow.com/how_7260897_make-gel-fuel-alcohol.html

4. 中學化學示範實驗:http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/26872