蠟燭

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原始設計者:彰師大


藉著幾個法拉第的展示實驗,探討蠟燭燃燒所牽涉到的現象。


實驗材料:

  1. 蠟燭
  2. 棉花
  3. 矸鍋
  4. 氫氧化鈣(熟石灰)
  5. 玻璃瓶
  6. 手電筒
  7. 氯化亞鈷試紙
  8. 棉花
  9. 點火器
  10. 酒精燈
  11. 細孔金屬濾網
  12. 水流抽氣器




1.現象說明

  • 蠟燭是生活中常見的東西,但是一支燃燒中的蠟燭卻蘊含了大自然眾多的秘密。一百五十年前,英國科學家法拉第就曾經詳盡地研究過蠟燭的燃燒。更早之前,另一位英國科學家戴維則根據對於蠟燭燃燒的了解,發明了戴維安全燈,大幅降低了礦工在礦坑中工作的危險性。

2.探究問題

  • 藉蠟燭的燃燒認識物質與能量,交互作用,科學與生活。
  • 2.1為什麼蠟燭燃燒需要燭蕊?
  • 2.2蠟燭燃燒與酒精燃燒最大的差異為何?
  • 2.3蠟燭燃燒的產物為何? 如何檢驗?

3.實作項目

  • 3.1 觀察蠟燭燃燒、熄滅、再燃燒
    • 點燃蠟燭,仔細地觀察燃燒中的蠟燭,蠟油及其周遭燭火的顏色變化,將你的觀察寫下來、畫下來。
    • 以手電筒將燭火及酒精燈的火焰分別投射在白紙上,將你看到的紙上形狀畫下來。燭火及酒精燈的火焰何者比較亮? 吹熄蠟燭,會看到餘煙裊裊升起。拿點火器,在距離燭芯大約5公分遠處接觸餘煙點火。
    • 說明:蠟燭比較亮是因為其燃燒的氣體產物中有高溫的碳粒子,酒精則無,因此前者的火焰有明顯的影子,後者則無。蠟燭吹熄後的餘煙也含這些粒子因此可以被點燃。


  • 3.2 蠟油與燭蕊
    • 點燃蠟燭,將蠟油收集到坩鍋,試著點燃油,點燃蠟燭,將蠟油收集到坩鍋,試著點燃蠟油。揉一點棉花浸入蠟油裡當作燭蕊,再試著點燃蠟油。


  • 3.3 蠟燭燃燒的產物
    • 3.3.1 玻璃瓶開口朝下,將燭火置於玻璃瓶下端瓶外,讓熱氣上升至瓶內至瓶中出現液體,以氯化亞鈷試紙接觸液體,觀察試紙是否顏色有變化。
    • 3.3.2 準備氫氧化鈣水溶液,以吸管對溶液吹氣,觀察澄清溶液變為混濁。將空氣如影片所示吸入氫氧化鈣水溶液並觀察。



    • 3.3.3 點燃蠟燭,將蠟燭燃燒產生氣體如影片所示利用水流抽氣器引入氫氧化鈣水溶液並觀察。


  • 3.4 戴維安全燈原理
    • 點燃蠟燭,將濾網緩緩由燭火上端靠近,觀察燭火能否穿越濾網
    • 說明:參考以下影片(教師示範):


4.分析與結論

  • 4.1蠟燭比較亮是因為其燃燒的氣體產物中有高溫的碳粒子,酒精則無,因此前者的火焰有明顯的影子,後者則無。蠟燭吹熄後的餘煙也含這些粒子因此可以被點燃。
  • 4.2燭蕊的功能在使融化的蠟油藉毛細現象上升,增加與空氣接觸面積再燃燒。
  • 4.3蠟燭燃燒與酒精燃燒最大的差異,是前者產生碳粒,後者則無。
  • 4.4蠟燭燃燒的產物為水和二氧化碳。

5.教學目標與評量

  • 5.1 學生能說明燭蕊的功能。
  • 5.2 藉著本實驗的結果,學生有能力說明為什麼戴維安全燈可以減少礦坑爆炸。
  • 5.3 藉著本實驗的結果,經過討論,學生有能力說明為什麼蠟燭燃燒比酒精燃燒更亮。
  • 5.4 學生能經由文獻探索繪出各種蠟的分子式。

6.參考文獻

  • <<蠟燭的化學史>> Michael Faraday (法拉第)著,胡景瀚、林奕秀譯,2013年,白象文化出版社


7.進階知識

  • 蠟燭的成分
    • 早期的蠟燭是由動物或植物的油脂製成,現代的蠟燭則多半由石蠟或蜜蠟製成。石蠟是烷類的混合物,分子式為 CnH2n+2 (n=20 至40) 。蜜蠟為酯類及脂肪酸分子的混合物,其主要成分為以下酯類分子: