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通有二氧化碳含酸鹼指示劑之鹼性溶液經振動後之顏色分布

本部分實驗若使用圓形容器,極易有渦流形成,很難找到穩定清楚的特定圖案,但方形容 器較能生成一些穩定清楚的圖案。故此處只針對方形容器作結果整理。

(一)廣用指示劑

將 NaOH 溶液(5.00×10-3M),廣用指示劑均固定 5 滴,注入邊長 25.0mm 之方盒,固定溶 液深度 3.0mm。在此將 3 種不同頻率(31.0 Hz、38.0 Hz、41.0 Hz)於不同時刻的振動照片羅 列在圖 5-8。

圖 5-8 不同振動頻率下方形容器內含廣用指示劑之 NaOH(aq)通入 CO2後不同時刻之顏色分布 實驗中一共測試了 3 個頻率,結果顯示 31.0 Hz、38.0 Hz 較無出現清楚穩定的特徵圖案,

只有 41.0 Hz 出現了 8 片花瓣的特定圖形。以其中一瓣為例,40 秒時此瓣的顏色分布由外而 內分別為黃、綠、藍,而造成此現象的原因為 CO2溶解量不同所造成的。從圖 5-8 可看出,

40 秒花瓣外緣為黃色、內部為藍色(節點區域、鹼性)的 8 片花瓣形狀;60 秒時花瓣幾乎都呈 現黃色,只剩核心少許區域呈藍色。溶液中黃色區域代表振幅大,所以溶解的 CO2最多,使

(二)酚酞指示劑

將 NaOH 溶液(5.0×10-3M),酚酞均固定 5 滴注入邊長 25.0mm 之方盒,固定深度 3.0mm,也用 4 種不同頻率(31.0 Hz、38.0 Hz、41.0 Hz)加以振動,在此將對應不同振動 頻率下溶液隨時間演變的照片羅列在圖 5-9。

圖 5-9 不同振動頻率下方形容器內含酚酞之 NaOH(aq)通入 CO2後不同時刻之顏色分布情形 酚酞指示劑與廣用指示劑的結果大致相同,也是只有在 41.0 Hz 振動出現了 8 瓣花朵的特 定圖形。酚酞在 pH 超過 8 為桃紅色,而在酸性條件下呈無色。照片中白色區域代表溶解的 CO2最多,而導致含酚酞指示劑之溶液變為無色,透出下方振動平台的白色;粉紅色區域代 表溶解的 CO2次多;而桃紅色區域是振動位移最小之區域,因溶解的 CO2最少故接近初始之 桃紅色。隨著時間的演進,溶液中溶解的 CO2越來越多,pH 值越來越低,到最後整個溶液都 是透明無色。此實驗中穩定圖案持續時間也是較短,約 2 分鐘後便無法觀察到圖案。

(三)藍瓶反應、含酚酞、廣用指示劑之鹼性溶液三種反應之顏色變化比較

將實驗六、七條件下的藍瓶溶液及通入 CO2至含酚酞、廣用指示劑之 NaOH 溶液分別注 入邊長 25.0mm 之方盒,固定深度 3.0mm,同樣以 24.4Hz 頻率加以振動並觀察記錄,在此將 對應振動下,3 種溶液隨時間演變的照片羅列在圖 5-10。

圖 5-10 相同振動頻率下,實驗中使用的三種溶液在方形容器中不同時刻之顏色分布情形 藍瓶反應為氧化還原,而酚酞指示劑與廣用指示劑出現酸鹼反應,雖然為不同的反應類,

但在 24.4 Hz 振動下實驗的結果大致相同,都出現了 8 瓣花朵的特定圖形,藍瓶實驗結果比 起酸鹼反應更可以穩定持續,因為藍瓶反應是在常壓下為較穩定的化學平衡系統;但酸鹼反 應是溶液通入 CO2反應後中各處氫離子之濃度變化,易受溶液的流動、氣體壓力改變、擾動 等因素影響,為一非平衡化學系統,穩定態不容易維持長久。

(四)含酚酞指示劑之鹼性溶液 2 種共振頻率之圖案比較

邊長 25.0mm 之方盒,注入深度 3mm 之鹼性溶液(5.0X10-3M NaOH(aq)及 5 滴的酚酞),通入二 氧化碳,以 2 種共振頻率(24.4Hz、41Hz)振動 60 秒後,雖然均呈現 8 片花瓣的相似圖案,但 其實 2 者的特定圖案並不相同,在此將 2 者圖案的差異比較羅列於表 5-1。

表 5-1 方形容器內含酚酞之 NaOH(aq)通入 CO2後,二種共振頻率之圖案對照比較表

由表 5-1 的比較可看出共振頻率 41Hz 的特定圖案要較 24.4Hz 複雜得多,代表溶液形成駐

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