環保又簡單，收拾超輕鬆！ 只要疊一疊就完成的「漢堡式丹尼爾電池」實驗
我是科學訓練師桑子研。每天都是實驗。
在學習電池原理時，「丹尼爾電池」絕對是非常核心的主題。不過，對於老師們來說，準備實驗的過程可能有點繁瑣，尤其是廢液處理更是讓人頭痛吧？
所以這次要跟各位分享一個超有趣的方案，叫做「🍔漢堡式丹尼爾電池」！就像它的名字一樣，這個實驗是把材料像疊漢堡一樣層層疊起。這種簡易型電池不只外觀吸引學生，最大的魅力在於廢液量極少，對環境非常友善。此外，材料在生活中隨手可得，能大大減輕老師們準備課程的負擔。
當然，簡易版電池有一個缺點，就是無法直接觀察溶液的變化。但別擔心！建議可以配合標準丹尼爾電池（用於示範）一起進行實驗，將兩者的優點結合，讓學生理解得更透徹。
例如：先用標準丹尼爾電池視覺化地展示離子移動、金屬溶解與析出的過程；接著再利用漢堡式電池讓學生親自動手，輕鬆體驗發電的樂趣。透過這種多角度的觀察，學生能把課本上的原理與實作連結起來，學習效果加倍。要不要試試看把這個既環保又有趣的「漢堡式丹尼爾電池」帶進教室，讓學生們驚呼連連呢？
所需的材料與製作方法
漢堡式丹尼爾電池的核心關鍵在於「玻璃紙（Cellophane）」。它扮演的角色就像標準丹尼爾電池中的「素燒片」或「鹽橋」，負責防止電解液混合，同時讓離子通過。讓人驚訝的是，在大創等百元商店買到的彩色玻璃紙效果就非常好了，既省時又省錢。此外，利用濾紙（或廚房紙巾）作為吸收溶液的載體，幾乎不會產生廢液，收拾起來也非常輕鬆。
更厲害的是，甚至有人告訴我，不用玻璃紙，直接用影印紙也能成功！而硫酸鋅溶液也可以用飽和食鹽水來代替喔。
【準備清單】
- 硫酸鋅溶液：約5%（將9.8g的七水合硫酸鋅溶於100g水中）
- 硫酸銅溶液：約17%（將35.7g submerged五水合硫酸銅(Ⅱ)溶於100g水中）
- 塑膠滴管（推薦這款）2支、培養皿 2個、鋅片、銅片、濾紙 2張（廚房紙巾亦可）、玻璃紙 1張、面紙 1張、螺旋槳、電子音樂盒（ #Narika ）、三用電表（推薦這款）、鱷魚夾線、鑷子。
這就是實驗所需的所有家當。
實驗步驟
終於要開始組裝漢堡式丹尼爾電池了！步驟非常簡單，就像在做三明治一樣把材料疊上去就對了！
在培養皿上放好濾紙，分別用滴管吸取硫酸銅溶液和硫酸鋅溶液，將濾紙浸濕。
在桌面上鋪一張面紙（建議在桌邊進行），然後依序疊放。疊放順序如下：
先放面紙，放上銅片，疊上浸過硫酸銅溶液的濾紙，再蓋上玻璃紙。
接著疊上浸過硫酸鋅溶液的濾紙，最後放上鋅片。
請特別注意，銅片跟鋅片絕對不能直接接觸！最後用鱷魚夾夾住兩片金屬，接上電子音樂盒或馬達。之後可以用電表量量看電壓。
我製作時，電動勢大約是 1V 左右。如果能穩定在 1.1V 就更完美了。
為了觀察變化，可以用鱷魚夾將兩端短路，放置約 2 分鐘。之後撕下金屬片上的濾紙，觀察顏色變化。
銅片上的濾紙。顏色變得有點紅紅的。
鋅片上的濾紙。不知為何也變成褐色，可能是銅離子穿透過玻璃紙了吧。
簡單來說，丹尼爾電池就是利用「兩種金屬變成離子（溶入水中）的能力差異」來產生電能的裝置。
丹尼爾電池的原理
我們來看看丹尼爾電池的主要材料：
- 鋅片 (Zn)：負極（－極）。
- 銅片 (Cu)：正極（＋極）。
- 硫酸鋅溶液 (ZnSO₄)：浸泡鋅片的液體。
- 硫酸銅溶液 (CuSO₄)：浸泡銅片的液體，呈現藍色。
- 玻璃紙（或素燒片）：防止兩種溶液混合的隔板。
電流產生的秘密
所謂發電（電流），其實就是「電子」這種微小粒子的移動。在丹尼爾電池中，正在上演一場關於電子的「推擠大戰」，主角是金屬們「有多想變成離子並溶入水中」的慾望（這稱為離子化傾向）。
- 鋅 (Zn)：超想溶化！寧願丟掉電子（e⁻）也想變成離子（Zn²⁺）。
- 銅 (Cu)：沒有鋅那麼想溶化。相反地，水中的「銅離子（Cu²⁺）」非常想接收電子（e⁻）變回金屬銅（Cu）。
這種「想丟電子的鋅」與「想要電子的銅離子」之間的關係，就是電池原理的一切！
電力產生的步驟
- 【負極：鋅側】鋅溶化並拋出電子！
鋅片（Zn）拋出兩個電子（e⁻），變身為「鋅離子（Zn²⁺）」並溶入硫酸鋅溶液中。
Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (放出電子)
結果，鋅片會逐漸溶解變薄。而被拋棄的電子（e⁻）會沿著導線奔向銅片。這股流動就是電流！
- 【正極：銅側】銅離子接收電子！
電子（e⁻）透過導線抵達銅片。這時，硫酸銅溶液中的「銅離子（Cu²⁺）」（藍色溶液的真面目）就像在等候接機一樣，飛奔過去接收這兩個電子。
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (接收電子)
接收到電子的銅離子會變回「銅（Cu）」原子。結果就是銅片會越來越厚，而溶液的藍色會逐漸變淡。
玻璃紙的作用是什麼？
玻璃紙是防止兩種溶液混合的「隔牆」，但它並不是死牆。因為鋅側的正離子（Zn²⁺）會變多，而銅側的正離子（Cu²⁺）會變少，為了維持電子的平衡，玻璃紙上的微孔會讓「負離子（如 SO₄²⁻）」穿梭移動，起到調節電中性的重要作用。
想了解更多關於標準丹尼爾電池的資訊，也可以參考這篇文章。
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