金屬的搶椅子遊戲！「我想變成離子！」決定王者的微尺度實驗

我是科學訓練師 桑子研。每天都是一場實驗！

為什麼鐵釘會生鏽，但金戒指（Gold）卻能永遠閃閃發光？為什麼乾電池只要組合不同的金屬就能產生電力？這其中的奧秘，就藏在金屬們「渴望變成離子！」的那股強烈念頭中，也就是所謂的「金屬的離子化傾向」！

今天，我就要來介紹一項超環保又迷你的「微型實驗」（Microscale），帶大家親眼看看這些看不見的金屬們到底有多「拼命」想變身！實驗的重點是「試劑用量少、觀察性高、安全性佳」。這項實驗不但國中生也能輕鬆理解，而且器材準備非常簡單，這點真的很棒！不管是熱愛化學的學生，還是覺得「化學有點難…」的同學，保證都會被這戲劇化的顏色變化給迷住！

或許你聽到「金屬在水溶液中變成離子」會覺得一頭霧水，但只要親眼看到金屬變色、或是溶液從鮮豔的藍色消失等戲劇性的變化，你就會恍然大悟：「喔！原來是這麼一回事啊！」進一步來說，使用微量盤（Microplate）或迷你滴瓶（Petit Bottle），能大幅減少廢液產生，將實驗對環境的負擔降到最低。

這次，我將詳細介紹從實驗的準備、觀察過程，到最後「為什麼會發生這種現象？」的深入探討！

實驗準備

• 3％硫酸銅水溶液 | 銅離子（藍色）
• 3％硫酸鋅水溶液 | 鋅離子（無色）
• 3％硫酸鎂水溶液 | 鎂離子（無色）

💡 推薦好物：納利卡（Nalica）製的迷你滴瓶（點這裡）可以精準控制滴數，使用手感跟一般大創（100円）賣的完全不一樣！

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其他需要的東西包括：微量盤（Microplate，一個能觀察少量反應的盤子）、鑷子和護目鏡。

試劑準備（如何製作3%溶液）

試劑的配製方法如下。這部分稍微專業，是寫給老師們參考的筆記。

3%硫酸銅水溶液的配製方法：將4.9克五水硫酸銅（Ⅱ）(CuSO4・5H20) 加入100克水中溶解。

3%硫酸鋅水溶液的配製方法：將5.6克七水硫酸鋅(ZnS04・7H20) 加入100克水中溶解。

3%硫酸鎂水溶液的配製方法：將6.5克七水硫酸鎂(MgSO4・7H20) 加入100克水中溶解。

實驗步驟

準備金屬片

用砂紙輕輕打磨每塊金屬片，讓表面恢復光澤。這樣做的目的是去除表面氧化層（例如生鏽的部分），露出金屬的「真面目」，能讓反應更容易發生，效果也更明顯！

將金屬放入微量盤中

在微量盤的每個小孔（Cell）中，放入3種不同的金屬片。（一共使用9個小孔，測試「3種金屬 × 3種水溶液」的所有組合）

滴入水溶液使用迷你滴瓶，對應每種金屬片滴入約3滴水溶液。觀察反應請特別注意以下三點：顏色的變化、氣泡的產生、金屬表面的變化。

實驗結果與觀察範例

實際操作實驗後的結果如下：

這是微量盤小孔的樣子。在總共9種組合中，有幾個小孔發生了明顯的反應（例如圖片中左下角的3個小孔）。

其中最戲劇化的變化，就發生在放入藍色硫酸銅水溶液中的金屬片！

【硫酸銅水溶液 × 鎂板】

左為反應前，右為反應後

鎂片稍微變薄了（代表它溶解了）。

右邊是全新的，左邊是反應後。表面已經變黑了。

將鎂片放進去後，它的表面立刻變黑，而且原本鮮豔的藍色溶液開始變淡！ 鎂片本身也稍微溶解了（變薄了）。

【硫酸銅水溶液 × 鋅板】

左為反應前，右為反應後鋅板也發生了類似的變化，表面附著了一層帶有紅色的物質。雖然反應不如鎂片劇烈，但很明顯有化學反應發生。

【硫酸銅水溶液 × 銅板】

銅板放入硫酸銅水溶液中，則完全沒有任何變化。

總結來說，我們觀察到的組合變化是：

硫酸銅 × 鎂 金屬表面變黑、出現沉澱 硫酸銅 × 鋅 金屬表面附著帶紅色的物質 硫酸銅 × 銅 無變化

就是這樣。

探討：金屬離子化的難易程度（離子化傾向）

從這些實驗反應的結果，我們就能推導出金屬釋放電子、變成離子的難易順序（＝離子化傾向）：

鎂 ＞ 鋅 ＞ 銅

鎂片的反應最為激烈，而銅片則完全沒有變化。這說明了鎂最容易放出電子，最容易離子化。

總結與課堂應用重點

這項微型實驗集「省空間、低成本、高安全」三大優點於一身。實驗中「藍色消失」、「出現紅色金屬」等顏色變化非常戲劇化，讓人能真實體會化學變化。整個探討過程就像在解開「為什麼？」的科學故事，非常適合小組合作學習。而且廢液量只有微量盤裡幾滴試劑，所以清理起來超簡單，對環境也很友善！

理解離子化傾向，是國中理化所學的「丹尼爾電池」（利用鋅和銅離子化傾向的差異來產生電力的裝置）、以及高中化學「金屬腐蝕（生鏽）」等重要基礎知識的起點。

快來一起透過這有趣的實驗，探索化學世界的奧妙吧！

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