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螢光棒---溫度對反應速率的影響
by yangsp, 2011-04-14 16:50:48, 人氣(8778)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:葉志祥  N1242023


螢光棒---溫度對反應速率的影響

簡介

化學發光是給予發光化合物一個外加的能量,使其電子由基態躍升到激發態,當電子由激發態返回基態時放射出螢光或磷光。本示範實驗是藉由發光的強度來觀察溫度的高低對反應速率的影響。

示範步驟

1. 取三個 500 mL 的燒杯 ,加入三分之二滿的冰水和熱水於第一和第三燒杯中,第二燒杯不裝水。
2.

取三支螢光棒並且輕輕地折斷內部的薄玻璃管,分別置入上述三個燒杯中浸泡約 2~3 分鐘 ,觀察三支螢光棒的發光強度如圖一所示。

3. 從冰水和熱水的燒杯中同時取出螢光棒,放置在第二燒杯中並且靠近於第二支螢光棒的兩旁。觀察並比較三支螢光棒的發光強度,如圖二所示。
註:若室內亮度太亮,則放置在無光線之處以利觀察。
圖一  在不同溫度下的發光強度 圖二  比較三支螢光棒的發光強度

請按此連結:螢光棒---溫度對反應速率的影響,YouTube。(拍攝者:施孟光)

溶液和器材

1.
三支螢光棒 。
2.
500 mL 冰水。
3.
400 mL 熱水。
4.
500 mL 燒杯三個
5.
溫度計 (-10℃~110) 三支。

原理和概念

1.

在螢光棒的塑膠管(外管)內含有一支薄的玻璃管(內管),在薄玻璃管內含有過氧化氫及酯類溶劑的化學物質,其中過氧化氫濃度小於 0.5%,在塑膠管內含有化合物A B,如圖三所示。當薄的玻璃管被折斷時,過氧化氫與化合物 B 反應而產生化合物 C D,化合物 C 會繼續反應得到化合物 E,接著化合物 E 會斷鍵形成二氧化碳。在化合物A 中 的軌域電子會吸收由化學反應所釋放的能量而躍升到激發態形成A*,隨即激發態的電子返回基態而放出螢光。當螢光棒處於高溫環境下由外界獲得較多的能量(高溫時過氧化氫與化合物 B 反應產生較多的能量),因此有較多的基態電子躍升到激發態,產生較高的螢光強度,反之,在冷水中得到的能量較少,以致產生螢光強度較弱。

                                                                                 圖三  螢光放射原理

教學提示

1. 在示範的過程中,熱水溫度不可超過螢光棒的塑膠管 軟化的溫度,一般不可高於 70
2.

購買螢光棒產品時,注意外包裝鋁箔紙是否有破損,染料為濕度敏感性物質,長期處於潮濕環境下容易影響其發光強度及半生期。

3.

改用不同顏色螢光棒亦可得到相同的效果,但是示範此實驗時應該使用同廠牌同一型號而且同一批的螢光棒。

問題和參考答案

1. 一般室溫下螢光棒的螢光強度可以維持多久?
答: 螢光強度會隨時間的增加而開始遞減,依商品標示約可維持12小時左右,之後便開始衰退。
2.  市售螢光棒中為何有多種顏色出現?
答: 因為所添加的發光染料不同而發出不同顏色的光。若染料分子的化學結構共軛鏈越長,則放射波長會有紅位移的現象產生。另外,不同的取代基也會影響發光的顏色。

參考資料

1. Shakhashiri, Bassam Z; Chemical Demonstrations: a handbook for Teachers of chemistry, Volume 1, 1983, pp 146-152, Madison, Wis., University of Wisconsin Press.

適用程度

ˇ國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。
 

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