題材1 - <<煙花>>
每年農曆新年，香港政府都會安排在維多利亞海港上空進行大型煙花匯演。市民對煙花匯演一定不會感到陌生。到底如此燦爛奪目的煙花，是如何製造的？
我們在這裡不妨也講解一下爆竹 (firecrackers) 和煙花 (fireworks) 的化學原理。燃放爆竹最關鍵的時刻就是發出「啪」一聲的一剎那。然而，爆竹為甚麼會「響」呢？讓我們先說說爆竹的構造吧。
一根爆竹最外面是一層只是用作裝飾的紅色紙，裡面是一層厚厚的草紙，中心部分盛載著一些黑色粉末，稱為黑火藥 (black gunpowder)。各位別輕看這堆黑色粉末，它的威力相當強大呢！
黑火藥是由硫磺 (sulphur / S)、木炭 (charcoal / C) 與硝酸鉀 (potassium nitrate / KNO3) 混合製成的。
用火燃點爆竹的藥引後，一旦燒著了裏面的黑火藥，便即時發生一連串非常劇烈的氧化還原反應 (redox reaction)，釋放出大量的能量和生成許多氣體。這些生成的氣體包括有二氧化硫 (sulphur dioxide / SO2)、二氧化氮 (nitrogen dioxide / NO2)、二氧化碳 (carbon dioxide / CO2)、一氧化碳 (carbon monoxide / CO) 等等。由於爆竹內的氣體體積突然猛烈地增加數千倍，那層並非包得很緊的草紙便承受不起壓力，形成爆炸，發出「啪」的一聲。
至於煙花的化學原理，其實和爆竹的大同小異，其結構都包含黑火藥和藥引。燃放煙花後，類似以上提到的化學反應引發爆炸，而爆炸過程中所釋放出來的能量，絕大部分轉化成光能呈現在我們眼中。
煙花的最大特色是能夠放出五彩繽紛的顏色。到底煙花內有甚麼神秘的成份呢？現在由我們揭開其神秘面紗吧！關鍵是在製作煙花的過程中加入一些發光劑和發色劑。
發光劑是金屬鎂 (magnesium) 或金屬鋁 (aluminium) 的粉末。當這些金屬燃燒時，會發出白熾的強光。發色劑其實只不過是一些金屬化合物 (metal compound)。我們平日在教學上經常運用這些金屬化合物來進行實驗呢！金屬化合物含有金屬離子 (metal ion)．當這些金屬離子被燃燒時，會發放出獨特的火焰顏色 (flame colour)。不同種類的金屬化合物在燃燒時，會發放出不同顏色的光芒。概括如右表。
舉例說，氯化鈉 (sodium chloride / NaCl) 和硫酸鈉 (sodium sulphate / Na2SO4) 都屬於鈉的化合物，他們在燃燒時便會發出金黃色火焰 (golden yellow flame)。
同樣道理，硝酸鈣 (calcium nitrate / Ca(NO3)2) 和碳酸鈣 (calcium carbonate / CaCO2) 在燃燒時會發出磚紅色火焰 (brick red flame)。
其實在化學科，我們常常會運用以上結果來測試物質中所含的金屬。這類型的實驗稱為焰色試驗 (flame test)。煙花便是利用金屬的這種特性製成的。製作煙花的人經過巧妙的排列，決定燃燒的先後次序。這樣，煙花引爆後，便能在漆黑的天空中綻放出鮮豔奪目、五彩繽紛的圖案了。
(From HKedCity.net)
用 具 ：
網 架 １ 個
大 膠 盆 １ 個 （ 其 體 積 足 夠 放 下 網 架 ）
風 筒 １ 個
攪 拌 器 １ 個 （ 可 用 手 撕 法 代 替 ）
另 ： 自 備 乾 布 及 廢 紙
材 料 ：
1. 紙 漿
2. 裝 飾 用 料 （ 如 ： 顏 色 紙 、 乾 花 、 樹 葉 、 線 段 等 ）
紙 漿 製 法 ：
把 適 量 的 水 、 廢 紙 及 一 至 兩 種 裝 飾 材 料 放 入 攪 拌 機 內 加 水 攪 拌 1分 鐘 至 成 糊 狀 ； 或
若 不 用 攪 拌 機 ， 可 選 擇 將 原 料 浸 水 一 晚 ， 然 後 撕 碎 成 漿 狀 ， 這 種 方 法 造 出 來 的 紙 張 會 有 質 感 ， 但 較 費 時 。
註 ： 紙 漿 越 稀 ， 造 出 來 的 紙 會 越 薄 和 越 平 滑 ， 但 容 易 撕 爛 ， 難 度 較 高 。 相 反 ， 紙 漿 越 濃 ， 造 出 來 的 紙 越 厚 ， 初 學 者 較 易 掌 握 ， 但 需 要 較 長 的 時 間 吸 乾 水 份 。
造 紙 法 ：
把 紙 漿 注 入 膠 盆 內 ， 紙 漿 的 濃 度 影 響 所 造 出 來 紙 的 厚 度 。 一 般 來 說 ， 較 稀 和 較 少 的 紙 漿 造 出 來 的 紙 較 薄 ， 效 果 好 ， 但 難 度 較 高 ， 因 為 容 易 撕 爛 ； 較 濃 的 紙 漿 造 出 較 厚 的 紙 ， 初 學 者 較 易 掌 握 ， 但 吸 乾 水 份 的 時 間 會 較 久 。
把 木 架 放 入 紙 漿 內 ， 使 紙 漿 平 均 地 鋪 在 網 架 面 上 ， 可 調 較 紙 張 厚 度 。 （ 凹 面 朝 下 ）
把 木 架 取 出 ， 滴 乾 水 後 ， 把 報 紙 按 在 紙 漿 上 ， 把 木 架 倒 轉 ， 用 布 吸 乾 水 份 ， 然 後 把 木 架 快 速 揭 起 。
這 時 ， 再 造 紙 便 會 平 放 在 報 紙 上 ， 然 後 放 在 太 陽 下 曬 乾 或 自 然 風 乾 。 （ 可 用 風 筒 吹 乾 或 熨 斗 熨 乾 ， 但 紙 張 容 易 裂 開 ， 效 果 不 佳 。 ）
製 造 不 同 效 果 的 紙 張 ：
1. 利 用 不 同 色 紙 、 質 料 的 廢 紙 來 做 紙 漿 會 造 出 不 同 效 果 的 紙 。
2. 攪 拌 紙 張 加 入 香 草 、 乾 花 等 有 香 味 物 料 可 製 成 香 味 紙 張 。
3. 攪 拌 紙 張 加 入 葉 片 、 線 段 等 會 令 紙 張 添 上 花 紋 。
4. 採 用 不 同 紋 理 的 網 架 會 做 出 不 同 肌 紋 的 紙 張 （ 如 絲 網 、 防 蟲 網 或 竹 簾 ） 。
5. 可 以 利 用 水 彩 或 其 他 天 然 染 料 在 紙 上 加 添 顏 色 或 圖 案 。
6. 利 用 手 碎 紙 或 調 節 攪 拌 紙 漿 的 時 間 可 做 出 不 同 質 感 的 紙 張 。
利 用 再 造 紙 做 各 樣 物 品 ：
1. 可 作 一 般 紙 張 書 寫 用 ， 但 切 勿 用 水 性 筆 書 寫 ， 否 則 字 會 化 開 。
2. 可 做 信 封 、 信 紙 。
3. 書 籤 。
4. 包 裝 禮 盒 等 。
把 廢 紙 還 原 再 造 紙 時 所 產 生 的 空 氣 污 染 和 水 污 染 ， 較 使 用 原 天 然 纖 維 造 紙 時 所 產 生 的 污 染 ， 分 別 少 74%和 35%。
「粉塵爆炸（塵爆）」和自燃很類似，不過塵爆常是因靜電引起的小火花，造成爆炸。
東聯化學總經理特別助理呂文芳表示，會燃燒的物質小顆粒，容易被「激化」，就是只要給予很小能量，就會燃燒；燃燒造成的放熱反應，再把能量傳給其他小顆粒，就會引起連鎖反應；若燃燒造成氣體體積增加，又是在密閉空間中，就會因壓力過高，造成爆炸。
呂文芳說，有機物燃燒時會產生大量氣體，所以比較容易引起塵爆；最常見的塵爆物質有煤塵、麵粉和鋸木屑，另外農業用肥料、染料等化學物品、製藥產品與塑膠產品，也可能引起塵爆。
呂文芳指出，塵爆與環境溫度無關，不管室溫多低，只要有靜電或小火花，都可能造成塵爆；但與粉塵的燃點有關，燃點高的物質，本身就不容易點燃，當然也不容易塵爆。工研院能環所副所長楊致行則說，乾燥也較易引起塵爆，因為天氣潮濕時，粉塵不易揚起，環境中也不易產生靜電。
楊致行表示，塵爆和酒精、汽油爆炸有一點相同，就是粉塵濃度和酒精、汽油的氣體濃度，要在某個限值內，濃度低於「低爆炸限度」，粉塵或氣體分子間距離太遠，就引不起連鎖反應；濃度高於「高爆炸限度」，空氣中的助燃物氧氣就不夠，也無法燃燒或爆炸。
【記者李名揚】【2006/04/07 聯合報】
學校地址︰新界大嶼山東涌逸東邨
電話︰2121 0884 傳真︰2109 4803 電郵︰email@tccs.edu.hk
Copyright © Tung Chung Catholic School
All right reserved
本網站最佳解像度為 1024x768 支援瀏覽器 Google Chrome、Internet Explorer 7或以上、Firefox
Powered by myIT-School
