魔術解密!熱水一泡就「啵」!在家用酒精玩轉「沸點膨脹術」

我是科學訓練師:桑子研。每天都是一場實驗!

你聽過「魔法袋」嗎?它什麼都沒做,只是放進熱水裡,就會「啵」的一聲自己膨脹起來,超神奇!但其實這不是魔法,而是科學的力量。它的原理和道具都非常簡單。這次我們要介紹一個在家就能輕鬆完成、視覺效果又超吸睛的科學實驗。液體瞬間變成氣體的驚人時刻,一定要親身體驗看看喔!

實驗準備與步驟

這次實驗要準備的東西,都是隨手可得的日常用品。

準備材料:

     

  • PE材質的食物保鮮袋(有夾鏈的更方便)
  •  

  • 無水乙醇/無水酒精(可在藥妝店或化工行購買)
  •  

  • 電熱鍋(或桌上型電磁爐與鍋子)
  •  

  • 熱水(約90℃)

實驗步驟:

     

  1. 在保鮮袋中倒入一點點(約5ml)乙醇,盡量將袋中空氣擠出後,確實密封。
  2.  

  3. 在電熱鍋中倒入熱水,加熱至80〜90℃左右。
  4.  

  5. 水溫達到後,輕輕地將裝有乙醇的袋子放進熱水裡。
  6.  

  7. 仔細觀察袋子在熱水中快速膨脹起來的樣子。

※請務必注意避免燙傷。將袋子放入熱水時,建議使用夾子(料理夾/鑷子)會比較安全。

實驗過程在這裡!

這次我們使用了電熱鍋來準備熱水。

① 剛把乙醇裝進袋子裡

這時候袋子還是扁扁的。裡面的乙醇是液體狀態。

エタノールを入れた直後の袋

② 當袋子整個放進熱水後…

袋子瞬間就鼓得像氣球一樣飽滿!一眼就能看出乙醇在裡面變成了氣體,體積大大增加了。

熱湯に入れて膨らんだ袋

為什麼會膨脹?沸點與體積變化的奧秘

這個現象的關鍵就在於「沸點」。沸點就是液體沸騰並轉變成氣體時的溫度。我們都知道水的沸點是100℃,但乙醇的沸點卻低得多,大約只有78℃。

所以,當乙醇被放進約90℃的熱水裡時,它會瞬間沸騰,變成氣體(乙醇蒸氣)。當液體變成氣體,組成物質的微小粒子(分子)就會開始自由地到處飛舞,彼此之間的距離也因此大幅擴張。結果,體積會增加好幾百倍,從內部把袋子撐開,讓袋子鼓得飽飽的!

那麼,為什麼乙醇比水在更低的溫度下就能變成氣體呢?這是因為分子之間互相吸引的「力量強度」不一樣。

水分子(H₂O)之間會透過一種叫「氫鍵」的強大力量互相牽手,緊緊地吸引彼此。如果想掙脫這雙手,自由自在地飛奔(=變成氣體),就需要高達100℃的熱能。

而乙醇分子(C₂H₅OH)雖然也會形成氫鍵,但相較於水,它的力量比較微弱。因此,只需要大約78℃的能量,它就能掙脫束縛,變成氣體。原來,肉眼看不見的分子世界差異,造就了袋子會不會膨脹的巨大區別!

教學或科展/自由研究的活用重點

這個實驗不只很有趣,還能串聯起很多學習點。

親身感受沸點的差異: 可以同時試試乙醇和水。裝了水的袋子幾乎不會膨脹,這能戲劇性地證明「不同物質有不同的沸點」。

狀態變化與分子世界: 先從袋子膨脹的樣子(巨觀角度)觀察「液體變成氣體時體積會增加」這個現象,然後再接續解釋「這是因為分子之間的距離擴大了」(微觀角度),就能將理論與現象結合,加深理解。

有沒有沸點更低的物質?: 乾冰(二氧化碳)的沸點是-78.5℃。它不經過液體,直接從固體變成氣體,這個「昇華」現象也是一個有趣的狀態變化主題!

電熱鍋,超級好用!

雖然教科書常介紹把袋子放在盤子上,再把熱水淋上去的方法,但用電熱鍋可以輕鬆控制溫度,準備和事後清理都超級簡單。

電熱鍋(amazon)

最重要的是,袋子像生物一樣一點一點鼓起來的樣子,讓人百看不膩。這是激發「為什麼?」這種好奇心的絕佳機會。家裡塵封已久的電熱鍋,今年不如讓它在科學實驗中大展身手吧!

關於聯繫與合作邀約

想讓科學的奧秘與樂趣更貼近生活嗎?我們將在家就能完成的有趣科學實驗和技巧整理在這裡,歡迎多加搜尋!
・關於經營者 桑子研,請點擊這裡
・各種邀約(撰文、演講、實驗教室、電視節目顧問/出演等),請點擊這裡
・文章更新資訊在X同步發布中

科學のネタチャンネル(科學點子頻道)正在發布實驗影片!