動手學科學/物質科學I/物質的態
核心原理
- 思考如何將生活中的物品分類
- 請同學說出幾個教室裡的物品，並想辦法分類
- 用軟硬分類
- 用木、金屬、塑膠分類
- 結果，發現不管哪一個分類法都很難把物品分的很細
- 請同學說出幾個教室裡的物品，並想辦法分類
- 如果把物品切的很小很小呢
- 引進原子的概念
- 原子(atom)：原意為不可分割的粒子
- 介紹態
- 態的重要性
- 如果沒有固態，人長怎樣?
- 如果沒有液態，怎麼吃東西、怎麼消化?
- 如果沒有氣態，人還能活著嗎?
- 水循環的原裡就是因為有物質的三態，而水循環也深深的影響著地球的生態
- 觀察三態
- Ｑ：不同的態有甚麼特性？
- Ａ：
- 固體時分子們會排列成固定形狀，並持續震動
- 加熱成液體後，形狀會被破壞，振動會更劇烈，但還是黏在一起
- 加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈
注意事項
- 不可直接觸用手碰乾冰，要戴手套
- 不可以拿乾冰去碰別人
觀察乾冰
觀察乾冰
原始設計者：林青高
(一)介紹
- 乾冰是固態的二氧化碳
- 乾冰在常溫下會快速的從固體變成氣體
(二)操作
- 帶上手套後，領取一塊乾冰
- 放在手上一下感受它的溫度(不能放太久，會凍傷)
- 放在桌上觀察
- 拿幾塊不同形狀大小的乾冰，放在桌上觀察
- 換成放在光滑的鐵片上觀察
(三)探究問題
花一點時間觀察、感覺乾冰（運用五感、想像力），你有什麼想法？
- Ans: answer
試著畫出氣流的路徑。
- Ans: 將一塊乾冰放在適合觀察的表面（例如鐵片、深色表面），可以在靠近乾冰的地方放上一些形狀大小不一的障礙物。
乾冰冒出的白煙是？
- Ans: 乾冰冒出的白煙是液態的小水滴，他們非常小、小到肉眼看不見。會有白色的煙是因為乾冰太冷了，空氣中的水器會大量凝結成小水滴。
漂浮泡泡
漂浮泡泡
原始設計者：林青高
(一)介紹
- 材料：大容器、乾冰、泡泡槍（吹泡泡的東西ex.鐵絲繞一圈沾泡泡水）
(二)操作
- 找一個寬的容器，並裝滿水
- 把乾冰放進水裡靜置幾分鐘
- 用泡泡槍往裡面吹泡泡
- 泡泡就這麼懸在半空中
(三)探究問題
為什麼泡泡會飄在水上？
- Ans:
- 把乾冰放進水裡一陣子之後，水的表面會充滿二氧化碳。
- 我們吹出的泡泡，裡面是空氣。
- 二氧化碳比空氣重。
- 因此泡泡就會浮在二氧化碳之上（水上）。
乾冰泡泡
乾冰泡泡
原始設計者：林青高
(一)介紹
- 準備材料：大容器、1 杯(熱)水、乾冰、吸水的布、洗碗精泡泡水、長尺
(二)操作
- (熱)水放進大容器，乾冰再放進(熱)水中
- 吸水的布放浸泡進泡泡水中
- 把泡泡水抹在箱子四周
- 用抹布滑過容器表面，就會有大泡泡出現
延伸實驗：
- 比賽誰的泡泡最大(用尺量，高度最高)
- 在容器中放進一杯熱水
(三)探究問題
能產生泡泡的原裡是？
- Ans: 乾冰放入水中會產生大量的二氧化碳，讓泡泡表面慢慢鼓起來。
在容器中放進一杯熱水，會發生什麼變化？
- Ans: 因為熱水會讓容器內的溫度變高，泡泡會膨脹的比沒有熱水還要快、越熱，乾冰越容易變成氣態的二氧化碳。
乾冰鬧鐘
乾冰鬧鐘
原始設計者：林青高
(一)介紹
- 材料：乾冰、湯匙、硬幣(１／５／１０／５０)
(二)操作
- 把湯匙放在乾冰上
- 用硬幣在乾冰上挖出一個溝，讓硬幣會在乾冰上震動
延伸實驗： 控制變因
- 不同硬幣
- 溝的深度不同
- 溝的寬度不同
應變變因
- 響亮程度
- 響的時間長度
(三)探究問題
為什麼硬幣在乾冰上會發出聲音？
- Ans: 乾冰很冰（零下78度），乾冰碰到金屬，首先被加熱而放出氣體，那氣體又衝擊硬幣使它振動而發聲。
為什麼硬幣響一下就沒聲音了？
- Ans: 因為硬幣在響的過程中會慢慢冷卻，乾冰沒遇到熱，就不會再快速的轉變成氣態二氧化碳。
如何讓硬幣響的久一點？
- Ans: 更用力摩擦硬幣，加長冷卻的時間。
分辨常見元素
分辨常見元素
(一)介紹
碳(C)：
- 組成生物的重要元素
- 在二氧化碳裡可以找到它
氧(O)：
- 地球大部分生物維持生命必備的元素
氮(N)：
- 氨水(NH3)，尿液的味道就是氨
- 常常用在值物肥料
氫(H)：
- 在水分子(H2O)裡可以找到它
(二)操作
分辨 常見元素 C→碳 O→氧 N→氮 H→氫
(三)探究問題
你是否能認得元素符號Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ，請說明其是何種元素。
- Ans:
- Ｃ：碳
- Ｈ：氫
- Ｏ：氧
- Ｎ：氮
認識常見分子
常見分子
水
- 分子式：H2O
- 特性：
- 感官上(物理性質)：
- 長溫常壓時，呈現液態的狀態
- 本身無色無味，但有可能因為加了不同東西而改變顏色味道
- 有很多東西都可以溶(溶解)進去(有極性)
- 人在水裡會浮起來(密度)
- 其他
- 感官上(物理性質)：
- 重要性(用途)：
- 如果沒有了水...
- 生活中哪裡找得到：
- 處處可見~
二氧化碳
- 分子式：CO2
- 特性：
- 感官上(物理性質)：
- 其他
- 重要性(用途)：
- 身體代謝廢物
- 光合作用
- 生活中哪裡找得到：
- 空氣中有0.04%是二氧化碳
甲烷
- 分子式：CH3
- 特性：
- 感官上(物理性質)：
- 其他
- 重要性(用途)：
- 生活中哪裡找得到：
- 瓦斯
氨
- 分子式：NH3
- 特性：
- 感官上(物理性質)：
- 其他
- 重要性(用途)：
- 生活中哪裡找得到：
乙醇(酒精)
- 分子式：C2H5OH
- 基本介紹：
- 日常生活中看到的酒，就是以乙醇(酒精做為主要成分)
- 特性：
- 感官上(物理性質)：
- 冰冰涼涼，滴到手上很快就不見了(容易蒸發)
- 其他
- 感官上(物理性質)：
- 重要性(用途)：
- 生活中哪裡找得到：
- 餐廳、超商、賣場
- 食用酒、工業酒精
原子如何組成分子
- 介紹原子鍵結成分子的原裡：原子最外層電子組態
- 用幾隻手來形容
- H：ㄧ隻手／O：兩隻手／N：三隻手／C：四隻手
探究問題
分享一下你在生活中有觀察到哪些分子種類、哪些特性?
- Ans: 例如，我觀察到：乙醇(酒精)，塗在身體上會涼涼的。
分子球桿模型
利用分子構造模型認識幾種常見分子的形狀
H20(水) CO2(二氧化碳) CH4(甲烷) NH3(氨) C2H5OH(乙醇/酒精) 
p.s.google搜尋:分子構造模型 即可找到
探究問題
請問分子的形狀跟甚麼有關係？
- Ans: 組成分子的原子們，他們電子軌域與鑑結狀況。
三相圖
原始設計者：林青高
介紹三相圖
- 如何讀懂三相圖：
- 認識坐標：溫度(橫軸)、壓力(縱軸)
- 認識圖中不同區塊代表的意義(物質三態)
- 定溫時(橫軸選一個點，往上延伸一條直線)，隨著壓力的變化，物質的態會如何改變
- 定壓時(縱軸選一個點，往右延伸一條直線)，隨著溫度的變化，物質的態會如何改變
- 找出三相點
- 分別觀察 水&二氧化碳 的三相圖，並比較
- 常溫時
- 1atm時
- 熔點
- 沸點
探究問題
請問一大氣壓力時，改變溫度，水會發生甚麼改變？
- Ans: 一大氣壓力時，H2O會隨著溫度的升高，從固態變液態，最後變氣態。
請問一大氣壓力時，改變溫度，二氧化碳會發生甚麼改變？
- Ans: 一大氣壓力時，CO2會隨著溫度的升高，會直接從固態變氣態。
請問水的熔點？
- Ans: 一大氣壓力、H2O在0度時，固態變液態。
請問二氧化碳的熔點？
- Ans: 一大氣壓力時，CO2在-78度時，固態變氣態。
請問H2O的沸點較CO2高的原因為何？
- Ans: 在分子層級，H2O比CO2排列的更緊密，需要更高的溫度（能量）才能拆散那些分子。
氫鍵產生的原因為何？
- Ans: H2O具有極性。
乾冰介紹
- 應用
- 為何用乾冰來保存食物
- 乾冰質量輕，它所佔重量是同體積水冰的1/18左右。質量輕則有利於運輸。
- 乾冰昇華後不會留下液體，這樣比用水冰冷藏更清潔乾淨，不會使食物潮濕。
- 乾冰昇華後生成的二氧化碳密度大於空氣，因而二氧化碳氣會附在質量重的食物表面，使*##食物與氧氣隔絕，達到抑制細菌滋生、減緩其新陳代謝的速度等作用，確保果蔬海鮮產品新鮮、不變質。
- 用乾冰製作美食，還可以營造溫馨浪漫的氛圍，可以讓食客產生如臨仙境的愉悅感覺。如今，採用乾冰來製作美食，已經為一些高檔酒店所追捧。
- 滅火器
- 二氧化碳比空氣重→可以隔絕空氣→缺乏助燃物，火就會熄滅
- 戲劇效果
- 乾冰昇華時，體積迅速膨脹800倍；造成「絕熱膨脹」的進一步降溫，像冷氣機的冷媒一樣，使周圍的水蒸汽被大幅吸走熱量，而凝結成霧狀的小水滴。
- 檢查器具
- 把乾冰放在桌上，再用杯子蓋住乾冰，有白霧漏出的地方就是桌面或杯子的缺陷
- 去汙
- 工業上用乾冰來清潔機具，噴射到機具內的乾冰不會弄濕鐡器造成生鏽，而且乾冰的細小氣爆威力可以把粘著在機具上的油污炸開
- 造雨
- 將乾冰射到對流層中，使其溫度驟降，將小水滴轉變成冰晶，透過冰晶成長過程後下雨
- 為何用乾冰來保存食物
