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,一旦燒著了堶悸熄瞻劗纂A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)

題材2 - <<再造紙製作>>

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%。


(From GreenPower)

題材3 - <<塵爆 靜電火花引起>>

「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】