Ionic Bonding

甚麼是Ionic Bonding? 離子鍵…要如何用最簡單的步驟了解離子鍵的過程呢? 離子鍵的定義根據國立中山大學教授的說法如下:「離子鍵」(ionic bond)是化學鍵的一種,它通常藉由「金屬陽離子」和「非金屬陰離子」間的靜電吸引力而形成。

想看全文請按這裡

簡單舉例, Na and Cl, 兩個原本不相干的元素如何結合成為NaCl?

首先, 我們先判斷這兩個元素哪一個是金屬哪一個是非金屬…我們可以從化學元素表看出 Na (Sodium) 是金屬原子, Chlorine 是非金屬。

回到我們上次學到的化學元素故事海報, 根據Sodium 在元素表的位置, 它屬於Alkali Metal, 也就是會強迫把電子給另一個元素的。而Chlorine 在元素表的位置是屬於 Halogens, 也就是它們會想盡辦法偷走鄰近的電子。

一個要給, 一個要偷…當Na and Cl 彼此經過時………想必就是完美的結合! Na 把一個電子給了Cl, 所以就變成Positive Charge (因為少了一個Electron), Cl 多了一個電子, 就變成Negative Charge。

還記得這些帶電的原子叫甚麼嗎?     Yes, Ion! 離子!  請注意唷…當 Cl 變成帶電離子, 名稱會從Chlorine 變成 Chloride!

Tyler 的影片解釋得很清楚

 

Ionic Bonding Formula 怎麼寫…

 

Ionic Bonding Worksheet

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Ionic Bonding Worksheet with Answers (答案)

IONICBONDINGPracticeProblems

Enjoy Learning!

Periodic Table 化學週期元素表

以前我國中的時候只要看到密密麻麻的化學週期元素表我就頭暈傳向….從來沒想到30年後的今天我重拾以前的知識, 從頭再來但因為學習的方式不同, 我反而是像一把火點燃了一樣…欲罷不能地想要學習這奇妙奧秘的化學週期元素表!

我從來不知道原來這元素表也可以像童話故事一樣的有趣…..The Elements這本教材我大推啊 ! 作者把元素表描述成一個化學元素表王國, 把原子歸類成王國裏面的腳色, 不單是有腳色的性格, 這些性格都還是根據原子歸類的特性寫的….讓我跟孩子讀完了就很清楚知道為什麼這些原子會有不同的反應唷!

真的是超級有才的作者啊………..再讀的時候我相信每個孩子的想像力都會被點燃, 充滿畫面! 要忘記還真的很難….

影片的部分我們看了這些

這次有關元素表我們做了一個Project, 孩子把元素表做成王國 Kingdom….就像描述的一樣。有皇宮, 有貴族, 有outlaws, 有地下礦工, 有壞人等等………

這是哥哥的

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Noble Gas 裡面有King Randon, Queen Xenon, Prince Krypton, Prince Argon, Princess Neon and baby Helium. 他們是一群熱愛世界和平的王公貴族, 與世無爭…祥和的過自己的日子! (Noble Gas 的特性就是他們太和平了, 很難進行化學反應。)

近照哥哥畫的Noble Gas

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=週期表的最左邊住的是截然不同的一群…他們是所謂的Alkali Brothers, 有點像是化學版的羅賓漢, 也有點”強迫症”, 因為它們多一個電子(electron), 但它們卻強迫別人接受他們的電子! 但有一些Alkali  慢慢的發現自己強迫的行為好像有點暴力, 於是有一些Alkali 開始改變..他們會施加壓力把電子給靠近他們的原子, 但至少不會暴力強迫…這群”悔改”過後的Alkali 我們稱作Alkali Earth.

202085_200809

這是弟弟的

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請注意大弟弟畫的…有看到底下有一個Ghost Town 鬼城 嗎? 那些元素虛有其名, 裡面卻沒有人住…這些元素是人造的 man-made, 常常只出現幾秒鐘就消失了…

他們在畫的時候會常常回去看書裡面的描述, 根據描述畫出來……頓時孩子的學習胃口大開, 對原本大家都覺得無聊又難背的週期元素表變得非常有興趣, 誰說化學只有理工科的人才懂!? 學習跟想像力有絕對的關係!

我也貼了一張特大張元素表在餐廳大家吃飯的地方….孩子們吃飯的時候, 或者經過的時候也會常常去那天瀏覽一下, 最近常聽到Zach 說” Mom, look! Look what I found!” 這些 “Aha” Moments 才是學習的動力!

這裡也有些學習單唷 (有附答案的)

 

 

 

We really had a lot of fun exploring the periodic table!

Ion 離子

離子是指原子或原子基團失去或得到一個或幾個電子而形成的帶電荷的個子。

Ion = When an Atom gain or lose an electron

我還是大推 Tyler 的影片….比我用寫的還清楚。Youtube 有翻譯的功能喔, 到設定Setting, 選字幕-自動翻譯-中文。就有中文字幕了

 

Ionic Bonding

Ionic bonding is the complete transfer of valence electron(s) between atoms. It is a type of chemical bond that generates two oppositely charged ions. In ionic bonds, the metal loses electrons to become a positively charged cation, whereas the nonmetal accepts those electrons to become a negatively charged anion.

舉例來說,Sodium (Na) 有11個電子, Chlorine (Cl)有17個…

Na 的 Valence Number +1, Chlorine’s Valence Number is -1.

所以Na 會想盡辦法把他多出來的一個電子塞給別的原子, 而Cl 會想盡辦法從別的原子偷走一個電子。當這兩個原子撞在一起, 就會互相吸引。成為NaCl

Na 原本Protons 有11個, 電子11個..走了一個電子, 電子就變成10個。Na 就變成 Positive charged ion, 也叫做Cation 陽離子。

Cl 原本Protons 17個, 電子17個。現在偷了一個電子過來, 電子變成18。Cl 變成Negative charged Ion, 也叫做Anion. 負離子

Ionic Bonding Part 2

Ionic Bonding Part 3

 

這是Ionic Bonding 的學習單

bonding practice both types

chbondionicIon Practice

Ion Practice

Ionic Bonding Worksheet with Answers

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Valence Electrons 電價子

Valence Electrons 是表示原子最外電子層的電子。當我們在學電子的時候, 還記得電子軌嗎?

這張圖可以讓我們了解電子軌是怎麼運作的

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看到這張圖, N 代表 Nucleus 原子核, S and P 是電子軌其中兩個, 這個原子是Neon, 總共有10個電子, 第一圈S 有兩個, 第二圈 S兩個, P6各。所以最外圈S +P = 8。Neon 的電價子就是8 (最外圈有幾個電子), 但是因為電子有一個特性…他們喜歡8個組成一個小Community, 所以最外圈少兩個電子…Neon’s Valence number 就會是 -2

意思就是它會很想從別的原子偷走兩個電子過來給自己湊足8在他的最外圈…

我們很喜歡看Tyler 的教學…他讓化學變簡單易懂囉! 連我科學很不通的人都可以看懂

 

學習單

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電子軌域 Shells and Orbitals

原子是很奧妙的創造, 也有精密的數學跟科學的結構…今天我們就來認識一下原子裡面其中一個很重要的角色: 電子 Electron!

Electron orbital 又稱為軌域, 維基百科的解釋可在此更多了解

這次我們最主要是認識電子層, 主要有四種詭域,  s, p, d and f.

S = Spherical

P = Principle

D= Diffuse

F=Fundamental

這些軌域怎麼運作呢?

看這張圖….

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我們用Pipe Cleaner 讓孩子摺出這些軌域看看…

S

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P: they are found in group of 3

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所以疊起來就會是這樣

Chemistry_200216_0081

D: they are found in group of 5 組合起來

F: they are found in group of 7 太難了…..我們就沒有做, 你可以試試看唷

 

這個影片用很簡單的方法讓我們知道軌域是甚麼…

但因為如果要用畫的把這些軌域S, p d f 畫出來確實會有困難, 所以科學家基本上還是用Bohr Model 的圖示會相對簡單許多。像這樣

Chemistry_200216_0062

了解這些軌域之後, 我們做了一個小小的活動幫助我們了解electron clouds 裡的s and p 在原子裡面是如何排列。

 

這些活動都在這本書裡面 (可以在此購買 The Elements PDF版本)

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步驟

  1. 學生要先知道此元素的Atomic number, 來決定此元素會有幾個電子。
  2. 把串珠排好, s 先排滿, 再排 p, 小圈先排滿, 再往外排

 

No.1 Hydrogen

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No.2 Helium

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No.3 Lithium

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No.4 Berillium

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No.5 Boron

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No.6 Carbon

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No.7 Nitrogen

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No.8 Oxygen

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這樣我們可以很清楚的看到S 軌域跟p軌域的電子如何組成….但科學家也發現一個更方便來辨識軌域的寫法,像這樣….

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用寫的比用畫得更快! 科學家真的是講求效率的人啊~~~~~我們作了以下的練習。

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今天的元素主角是氧 Oxygen! 氧有甚麼特性, 如何與我們生活息息相關呢?

我們看了以下的影片

 

Notebooking

我們用的書籍如下

哥哥的筆記

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弟弟的筆記

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我們也在Timeline Book紀錄化學演變跟發現的過程, 才發現原來早在西元前400多年就已經有先人開始原子論的概念了耶! 怎麼這麼厲害?!! 沒有任何的儀器之下, 真的讓我們驚嘆古人的智慧啊…..而且有趣的是, 我們也發現尼希米時代跟周朝還有原子論都在同一個時期發生的唷!

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這樣的學習串連了個科目, 把歷史跟科學都拼湊成一幅美麗的圖畫, 開啟我們的眼睛看見上帝的故事慢慢在人類史裡展開……………….

Element, Compound and Mixture

有沒有想過用樂高來認識化學組成的構造? 我們上回學了甚麼是化學, 以及生活裡面到處都可見的產品, 今天我們要來認識甚麼是元素, 化合物, 混和物。

我家孩子一聽到要拿一堆樂高來學習, 馬上大的小的一起把各種顏色的樂高積木找出來!

首先準備好樂高

四個碗

 

Element 定義: The purest form of matter

我們用兩個同顏色的樂高放在碗裡面代表

每一個樂高代表一個原子。所以這碗裡面有幾個元素, 幾個原子呢?

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Bingo~~~~一種元素, 兩個原子。

Compound 化合物 定義= two or more elements that are chemically bonded.

我們用兩種不同顏色的樂高結合起來。

因為這兩種元素已產生化學的連結, 他們可以變成一種新的物質…

舉例: H2O 水, 就是兩各氫原子+一個養原子

孩子用樂高作的水分子

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NaCl 鹽巴 = Sodium + Chlorine

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CO 2 = 1 Carbon atom + 2 Oxygen atoms.

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Mixture 混合物= two or more elements that are physically mixed.

我們就把各種不同的樂高組合放在碗裡

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接著我們看了這幾個影片

 

Activity/Experiment:

實驗的部分, 我把家裡的各種廚房用品拿出來…讓孩子們分辨哪些是化合物, 哪些是混合物

他們會去看成分, 再回到剛剛的定義來區別這兩種的差異

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這是他們的結論

醬油: 混合物

鹽巴: 化合物

水: 化合物

糖: 化合物

醋: 混合物

油: 混合物

 

那…..你覺得小蘇打粉是哪一種呢?

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檸檬酸?

生活裡面真的隨處拿跟看都跟化學有關係….孩子們眼睛頓時發亮, 原來化學就在廚房廁所都用的到, 到處都需要。

後來他們開始玩起來了……..弟弟說想要創造自己的混合物…..他加了水跟油, 鹽巴, 咖啡, 醋, 最後還把我的麻油也加進去….是…也還滿香的啦! 只是…大概沒有人敢喝下去。

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但我看他整個對學習的熱情是點燃的….特別是在他發現油跟水不能混合的時候, 他大叫一聲” 媽媽, 你們! 這些油都變成一圈一圈的浮在水上!”

最後鹽還慢慢結晶….他真的超high! 三歲的雙寶雖然看不懂, 但也乖乖地(難得啊) 在一旁跟哥哥一起”實驗”…(媽媽好怕翻倒啊) …一直說Compound Compound! 當然他們是不懂甚麼是Compound, 但是可以四個孩子從13 歲~3歲一起享受在科學的發現與驚奇裡面, 這樣就夠了!

Notebooking

我們今天的元素是Helium

這幾個影片很不錯唷….特別是最後那個, 吸進氮氣整個聲音變超卡通, 笑昏我們全家了!

哥哥的筆記

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我們也將剛剛樂高的混合物, 化合物做一個整理, 讓孩子看這些圖去數幾個原子, 分子, 是化合物還是混合物。

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弟弟的

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我從來不知道化學這麼的好玩!!! 老少咸宜啊~~~~

下周我們要學原子的構造唷! 一起跟我們來經歷上帝創造的奧秘吧!

 

 

 

 

What is Chemistry

在跟孩子討論這學期科學要進行甚麼主題, 我們決定鑽入化學的世界裡面囉! 化學其實跟我們的生活息息相關, 日常生活用品都脫離不了化學的元素, 就連我們人, 動植物都是元素構成的….

我在網路上找的很多相關的教材, 看了很多評比…最後我選了這套 Christian Kids Explore Series。

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他有很多不同的科學主題, Earth Science, Chemistry, Physics and Biology. 這套也是很多Homeschooling 家庭推薦的以神為中心的科學理念跟真理來看世界, 探討科學。跟我們古典教育非常的雷同, 裡面的內容每一課都很簡短, 而且都只專注在一個小主題, 也都已經該單元的科學詞彙的定義都列在頁數的旁邊, 讓我們很容易了解詞彙的定義也方便我們製作自己的索引 Glossary.

而且每一課都有非常簡單的實驗, 讓我們在家也可以輕鬆愉快的實驗沒有負擔!在我看來, 因為裡面的內容會比較適合國小至國中階段的孩子, 高中以上這套可能會稍微淺了一些, 像化學這套就沒有帶入偏數學的化學方程式, 只是略略說明。我家目前7, 3年級就很適合…讓國中小學甚至我的雙寶都可以一起同樂一起學習。

 

以下是我們的化學學習內容

 

Lesson 1: What is Chemistry

我們學到了Chemistry的定義, 還有生活中哪些地方都跟Chemistry 有關…..

給大家看一下書的內頁。Chemistry_200209_0050

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我超喜歡定義在旁邊清楚地列出!

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我有幾本工具書配合這套教材使用…

  1. It’s Elementary 這本簡單字體也大, 適合化學初階的人..因為裡面也把化學的歷史過程, 誰發現哪個元素, 何時發現的, 怎麼開始都飆得很清楚, 我每周會指派要孩子們閱讀的頁數, 一周大約 3-4 頁, 很容易消化。51X+mWhkLPL._SX390_BO1,204,203,200_

 

2. The Elements Book: 這本專門將化學元素表裡面每一個Element 被人類如何使用, 特性, 歷         史都呈現的非常清楚。        每一週孩子會學一個元素, 他們會用畫的, 把這個元素可以使用在         哪些科技, 哪些生活用品表達出來。51tmSyAJ8DL._SX258_BO1,204,203,200_

3. The Elements by Theodore Gray這本也是把化學元素表裡面的元素都列出來…這本超美超讚! 但因為字體比較小, 會比較適合國高中以上的。

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我們一開始上課會先花10分鐘跟孩子一起Go Over Lesson 1的內容, Again…我們讀這本Christian Kids Explore Chemistry。

影片

看完影片, 我們做了一個小活動…(也是按照書上的)

把家裡的生活用品或食品拿幾樣出來, 讓學生觀察並寫下裡面的成分

 

表單是書裡面的:哥哥寫的

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弟弟寫的

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也可以讓學生們比較這些食品的成分有哪些相似處哪些不同處….

 

這可以培養觀察關注, 讓我們更注意飲食或清潔液的成分並了解他們~化學果真是科學的中心啊!

 

最後, 學生們還必須用畫跟筆記的方式把Hydrogen 氫的性質, 用途記錄下來。

像這樣(我們用的是這本書 The Element Book by DK)

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哥哥的

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弟弟的

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這樣學化學, 是不是有趣多了呢?

 

 

 

 

 

The Science of Crystals 水晶的科學

每次看到閃亮亮的水晶, 都愛不釋手想要觀賞一下….但是小朋友知道水晶飾怎麼形成的嗎? 今天我們要來認識一下這美麗有獨特的水晶-Crystals.

甚麼是水晶呢? 水晶是由一群原子與分子有規則所形成的晶體。水晶的來源有些是來自鹽, 鹽產生出來的水晶大多數是有菱有角的形狀, 也有其他的元素像是鑽石跟寶石都有水晶的成分。

我們來看看這個影片吧

我們也可以在家裡做一個小實驗…..就可以親眼看到鹽的結晶喔。

在一杯水中放入鹽巴, 就這樣等幾天….你會看到少許的晶體出現..這是因為水蒸發了之後, 鹽巴裡面的礦物質原子跟水結合一起, 會有規則的形成一串串的晶體, 水晶的形成其實就是原子的結合。IMAG7851

有看到我們的樹底下有少須白白的結晶出現嗎?

下面這張也可以看到兩杯水的繩子上有結晶體出現喔…..

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小朋友也可以去化工材料行買現在很流行的天氣瓶來做結晶的實驗喔….很有趣! 你會看到晶體因為天氣的變化而有不同的呈現呢!

Be Amazed and full of wonder!

Coke Fountain 可樂噴泉

今天我們心血來潮想要用可樂做一些實驗….之前因為有看過著名的可樂加曼陀朱的神奇噴泉, 想說自己也來試試看…..我們事先有先想好要做的測試。孩子選了 Coke Zero, Coca Cola, 還有Pepsi. 哥哥還想如果把可樂冰起來看看溫度會不會對實驗結果造成不同的效果……

所以我們作了以下的實驗…

1. 曼陀朱放入室溫下的Coca Cola

2. 曼陀朱放入室溫下的 Pepsi

3. 曼陀朱放入室溫下的 Coke Zero

4. 曼陀朱放入冰冰的Coke Zero

為了怕噴得一身都是….小孩還特別去穿上雨衣..哈哈哈!  Silly boys~

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先看看曼陀朱放入室溫的一般可樂。

結果是……..嗯, 有噴出來但是沒有很強!

那再來看看曼陀朱放入室溫底下的Pepsi

還不錯唷! 比一般的可樂還要好

再來看看曼陀朱放入冰冰的Coke Zero

ㄟ….Boring! 只有小小的一點點出現而已………

再來…..希望會成功這次! 曼陀朱加入室溫的 Coke Zero

耶!!!!!!!!!! 超讚!!!! 幾乎是兩個 Gabriel 高的噴泉耶!!! 成功囉!!!

實驗結果證明溫度跟糖分是有關係的…..

科學原理 (跟小孩解釋的版本)

水裡面有氢原子跟氧原子..他們是好朋友也是一家人 , 因為他們都是水分子, 他們手牽手所以會造成水面上的表面張力。在汽水裡面, 這些水分子環繞住二氧化碳的氣泡, 所以氣泡無法亂跑除非有外力把這個水分子的連結破壞掉唷! 曼陀朱就是破壞的主謀, 因為它表面有阿拉伯樹膠的成分, 一旦把曼陀朱丟進可樂中, 阿拉伯樹膠就會拆散原本是好朋友的氧原子跟氢原子。二氧化碳就會開始亂竄快跑囉!!! 這就是為什麼可樂會噴超高的原因!

為了讓孩子更具體的瞭解這個原理, 我們把自己當作水分子…演一場被曼陀朱拆散的遊戲

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氢原子跟氧原子包圍著二氧化碳 CO2

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當曼陀朱丟下去時, 這兩位就被打散囉….開始亂跑!!

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那為什麼 Coke Zero 的反應會最大呢? 那是因為Coke Zero 或者 Diet Coke 有代糖的成分…代糖也有助於讓水的表面張力減弱…

那溫度怎麼解釋呢? 把 Coke Zero 放在冰箱一個晚上, 溫度已經是冰冰涼涼的..而冷溫度會讓氣體很喜歡跟液體連一起 (可溶性較高的意思), 所以曼陀朱打散它們的威力會無法發揮..相對的, 溫度高的時候氣體跟液體就比較不喜歡連一起囉 (可溶性較低的意思), 所以在室溫底下的可樂爆發力較強!

你也可以在家試試看喔

Lava Lamp Science 仿岩漿實驗

今天我們又做了一個超好玩的科學實驗…也是很簡單唷! 連我都讚嘆好玩!!!

需要準備的器材

1. 透明的容器

2. 沙拉油

3. 水

4. 色素

5. 發泡碇 (藥房都有唷)

步驟

1. 將透明容器裝一些水 (1/3 就可以了)

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2. 再倒入沙拉油至8分滿

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3. 滴入色素 (因為我們要仿岩漿的顏色, 所以選紅色…任何顏色其實都可以唷)

4. 等待色素沉澱到容器底下 (這需要一點耐心….我們等了10分鐘至少..可以搖搖容器加快速度)

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5. 待色素沉澱到底下時就可以丟入發泡碇囉 (一顆效果就很明顯囉)

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這是我們實驗成功的影片! 好玩!

另外你還可以把燈關掉…讓它真的變成一盞岩漿燈唷! 同樣的方法, 只是多了個手電筒照著容器..在摸黑中實驗效果更加!

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看看關燈後的效果….

科學原理

為什麼丟入發泡碇就會產生這樣的效果呢?

當沙拉油加入水中時因為油的密度比較低, 所以它會浮在水上…而發泡碇因為裡面含有小蘇打跟檸檬酸的成分, 當它放入水中會釋放出二氧化碳進而產生泡泡浮出水面… 然後消失使有顏色的水又回到底下這樣的循環。

這個實驗好玩的地方是它可以重複使用…下次想要再試試看時, 只要再丟入發泡碇就又有同樣神奇的效果囉!