茶

原作者：謝迺岳
關鍵詞：茶，茶葉
同義詞：茶湯，茶的化學

從茶的字形可以看到20+88=108，所以祝人長壽，就願他能「茶壽」！東方人愛喝茶，是因為能清火解油膩；日本人把喝茶提昇到藝術的層次，英國人藉喝茶來社交。茶內的維生素幫助了高原與沙漠民族生存，也促成了大航海時代的來臨，甚至因為茶而引起鴨片戰爭。茶的點心很好吃，茶的故事講不完，而茶的科學更有趣。

探究問題

1. 茶是什麼？如何分類？
2. 為何人們愛喝茶？
3. 茶的色素在酸與鹼中會有何變化？
4. 用茶的色素可以染布嗎？
5. 如何清除布上的茶漬？

實作項目

1. 材料
   燒杯（250mL)，塑膠杯，硫酸銅（CuSO4。5H2O），小硬幣，鐡罐，甲醇，氫氧化鈉，點火槍
   
2. 製作
   燒杯（250mL)，塑膠杯，硫酸銅（CuSO4。5H2O），小硬幣，鐡罐，甲醇，氫氧化鈉，點火槍
   
3. 操作
   必須先將點火槍點著，再靠近鐡罐引燃甲醇。實驗後的含銅化合物須集中，依實驗室管理辦法回收。
   
   1. 猜測：用硬幣在鐡罐底部刮出圖案，再用濕潤的硫酸銅碎晶在圖案上摩擦，圖案會變成什麼顏色？先猜想再實作。
      
   2. 猜測：兩個鐡罐盛甲醇放在桌上，第三個鐡罐底部朝上放在前兩個鐡罐上，然後把硫酸銅水溶液倒在罐底上。在下方兩鐡罐中點火加熱，當水溶液沸騰後熄火，數分鐘後硫酸銅就有可能結晶。猜想罐底的硫酸銅從何處開始結晶？結晶的發展如何？怎樣操作才能獲得八面體結晶（似平行四邊形）？先猜想再實作。
      
   3. 猜測：在100mL飽和硫酸銅水溶液中加入氫氧化鈉，可產生鹼式硫酸銅。用燒杯盛鹼式硫酸銅水溶液並加熱，會產生氧化銅。實驗過程中，水溶液的顏色如何變化？先猜想再實作。
      

結果與討論

硫酸銅對抗霉菌的藥效很強，適合作為農藥；硫酸銅在工業中使用也很廣泛，可當催化劑或染料。藍色的晶體很美觀，提醒人們硫酸銅有毒性。在本實驗中將硫酸銅溶解於水中再結晶，並與鐡作置換反應，更製作鹼式硫酸銅以配製農藥，用以認識硫酸銅的基本性質。

1. 結果：鐡的活性比銅強，於是銅離子被鐡還原，在刮痕處產生了粉紅色的「初生銅」。用衛生紙輕輕擦拭後，使用透明膠帶貼在圖案上可以長期保存。
2. 結果：火烤鐡罐使變硫酸銅溶液變得更濃，沸騰後靜置可以看到硫酸銅開始結晶。在無風且緩慢降溫的環境中，八面體的漂亮結晶就會出現。但是對硫酸銅水溶液過度加熱時，就會使硫酸銅脫水變成白色，甚至生成氧化銅（CuO）而變黑。
3. 結果：在飽和硫酸銅水溶液中加入氫氧化鈉，會產生深藍色的鹼式硫酸銅（CuSO4。3Cu(OH)2。H2O），繼續加熱會產生黑色的氧化銅沉澱。這些硫酸銅的衍生物都是很好的農藥，對植物防黴有很強的功效，也可以灑在魚缸中幫魚治病，因此硫酸銅對環境的影響不大。

教學目標

適用於各年齡與教育程度，若親子共學更安全。

1. 知識上：認識硫酸銅的性質及應用，認識氧化還原反應。
2. 技能上：學習結晶的方法，學習用火安全。
3. 情意上：了解物質的毒性，趨利而避害；尊重萬物，利己利人。

應用

1. 在科學上：置換反應，溶解與結晶。
2. 在科技上：結晶的精密操作，鹽類與氧化物的製備。
3. 在藝術上：欣賞初生銅的圖案，從結晶中悟出人生的真締。
4. 進階活動：挑戰培養出最大顆或最多顆完整的硫酸銅結晶。