既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

摘 要 探究燃燒的條件是初中化學教材的一個重要實驗,而粉塵爆炸是社會中常見新聞。筆者利用最常見的粉塵——澱粉,展示了它的“爆脾氣”,同時也介紹並演示了非牛頓流體,讓最常見的物質澱粉走進了課堂,既能當作演示實驗,也可以作為魔術,在課堂中出盡了風頭。

關鍵詞 玉米澱粉 歐不裂 粉塵爆炸 非牛頓流體

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澱粉大量存在於植物的種子和塊根、塊莖中,是植物貯存營養物質的主要形式,也是動物體攝取的主要營養物質,主要來自大米、小麥、玉米等糧食和馬鈴薯、地瓜的塊莖;這是學生生活中最常見的物質,用它來進行實驗,成本低廉,卻可以展示實驗的魅力!

將澱粉(玉米澱粉最好)和水按照一定比例混合,可以製備出歐不裂(Oobleck),用於展示非牛頓流體。無論放置在容器中、拿在手裡,還是置於震動的音響上面,可以盡展其婀娜多姿的身材,溫柔無比!而在麵粉廠、棉麻紡廠和加油站裡常掛有“嚴禁煙火”的牌子。因為這些場所裡的有些物質遇火很容易燃燒,甚至爆炸。加油站掛“嚴禁煙火”的牌子,學生很好理解——因為汽油很容易揮發,當空氣中的汽油蒸氣達到一定比例時,遇火就會發生劇烈的燃燒,如果是在一個密閉或通風不良的空間裡,也會發生爆炸。而柔弱的麵粉也會爆炸嗎?學生對此疑問很大。

1. 溫柔的一面——歐不裂

1.1製備歐不裂

稱量玉米澱粉和水(水的密度為1g/ml,可以用量筒量取),按照3:2的質量比混合均勻。為了美觀,根據自己的愛好,可以加入不同的色素,以增加趣味性(建議在最後重複實驗的時候進行);

1.2演示固液態的轉換

倒出此製成品約5mL之量於手掌,雙手搓揉即可將原先液態之製成品搓成丸子狀之固態小球,停止搓揉後約半秒後該小球將迅速“融化”而回到液態,可重複搓揉動作演示此種特殊性質。

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

1.3進行魔術表演

將約30~50mL之製成品放於高腳杯內,先輕輕傾斜高腳杯給參與者觀看杯內部液態的製成品,然後顛倒高腳杯快速上下搖晃後將杯子回正,此時杯中之製成品並不會潑出(也可以接著快速將高腳杯內製成品對觀眾作潑灑動作,這種現象可以令參與者印象深刻);

少量的成品放於高腳杯內,可以感受一下歐不裂的對抗性——可以慢慢地插入手指,輕輕地拔出(快速是拔不出來的);快速是插入不進去的;

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

若將數升之製成品放於大型淺盆內,參與者可以快速跑過淺盆中的製成品而不下沉,若行走速度較慢則會下陷於製成品中。

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

影片截圖,來自網路

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

影片截圖來自網路

1.4舞動的精靈

將20~30mL之製成品放於朝上之音響喇叭震動膜上,開啟一定音量之低頻聲波振動即可觀察製成品的扭曲成型變化。宛如跳舞的精靈,隨著音樂的播放而展示其婀娜多姿的舞步。

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

既“溫柔”,也有“爆脾氣”的澱粉

1.5舞動精靈的注意事項

①音響震動膜上面最好緊貼一層薄塑膠膜,可以保護音響;

②歐不裂配上鮮豔的色彩(如藍色)舞動起來更美;

③實驗後的歐不裂收集起來加水可以重複使用。

影片載入中。。。

1.6實驗原理

按照流體力學的觀點,流體可分為理想流體和實際流體兩大類。理想流體在流動時無阻力,故稱為非粘性流體。實際流體流動時有阻力即內摩擦力(或稱剪下力),故又稱為粘性流體。根據作用於流體上的剪下力與產生的剪下速率之間的關係,粘性流體又可分為牛頓流體和非牛頓流體。上述澱粉與水混合而成的歐不裂為非牛頓流體代表。

2. 暴躁的一面——麵粉爆炸

每年都有粉塵引起的火災和爆炸新聞,事故多發生在煤礦、麵粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、以及飼料廠、塑膠廠、金屬加工廠等。為什麼司空見慣的粉塵會爆炸呢?這與我們學過的燃燒有關,爆炸實際上是在有限空間的劇烈燃燒。麵粉不易點燃,卻能爆炸,下面我們就透過實驗來驗證一下。

2.1材料準備

透明塑膠瓶等、蓋子(塞子)、蛇皮管、濾網、火柴(或打火機)、三腳架(或含鐵圈的鐵架臺)。澱粉(或麵粉)、蠟燭(或酒精棉)。

2.2實驗步驟

①將網球盒(或透明塑膠水壺、礦泉水瓶等)的一端打孔,開口剛好能塞上暖水瓶塞子,網球盒的蓋子中心打孔插入蛇皮管;②將蠟燭的底端放在火上燒軟粘在茶葉濾網上;③向茶葉濾網內裝滿面粉;④倒扣在塞子上面,並點燃蠟燭;⑤套上網球盒,直接用嘴快速向裡面鼓氣。

2.3實驗現象

可以看到麵粉飛揚,遇到火焰後迅速燃燒;容器若小一點,麵粉飛揚的量大且快,可以看到爆炸現象。在敞口容器中,可以反覆演示該現象。

2.4實驗原理

麵粉等粉塵之所以會成為“炸藥”,是因為粉塵具有較大的表面積。與塊狀物質相比,粉塵化學活動性強,接觸空氣面積大,吸附氧分子多,氧化放熱過程快。當條件適當時,如果其中某一粒粉塵被火點燃,就會像原子彈那樣發生連鎖反應,爆炸就發生。

2.5注意事項

①麵粉要保持乾燥,不幹燥的話在使用前可以加熱;

②蛇皮管稍微長一些,避免危險。

③為了便於觀察,要選擇塑膠的透明容器,千萬不要用玻璃瓶;

④容器的大小和麵粉的飛揚多少影響反應的效果,小一點的更容易爆炸,將塞子彈出更高更遠。

上述兩個實驗,都用到了生活中最常見的原料——澱粉,雖然物美價廉,也一樣可以展示出實驗的魅力, 而且便於學生參與到來,在動手實驗中感受到了科學的神奇,明白了燃燒的條件,而且提前瞭解了物理學中的非牛頓流體,也為學生的終身學習作好了鋪墊。

參考文獻:

1。

畢華林

盧巍

義務教育

課程標準試驗

教科書

化學

(九年級)[M]。濟南:

山東教育出版社

,2014。

2。 http://www。iqiyi。com/zongyi/20120721/b63155ec1a152c10。html

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