2025年11月20日 星期四
2025年11月6日 星期四
看見焦點~將光徑可視化
接著可以排折射光徑，跳棋排一直線，放上透鏡
然後從另一側觀察且放上跳棋
聚精會神對齊中
排好了
你看見焦點了嗎?
2025年8月13日 星期三
高濃度皂化時酒精可能的角色
室溫下使用飽和氫氧化鈉皂化多數油脂都不需添加酒精也能快速皂化，添加酒精會更快。但室溫下使用飽和氫氧化鈉皂化椰子油時，若未添加酒精，反應會極緩慢，添加酒精後，可在1分鐘內皂化到果凍狀態，莉芳老師提了個我沒想過的點，就是酒精是否不單純扮演促進劑，而是可能以鈉醇的角色參與了反應，在難皂化的油脂中，更容易先形成鈉醇再反應，但產物就不是甘油而是醚，這部分需要另行驗證就是，問了一下Claude，並請他將結果整理成一篇文章如下，但不一定正確就是，不過多數已經符合我的實驗結果跟測試了。
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這篇文章涵蓋了：
- 實驗背景與現象：描述椰子油皂化困難的原因和酒精的神奇效果
- 醇鈉的形成機制：詳細說明酒精如何轉化為醇鈉，以及醇鈉相對於氫氧離子的優勢
- 定量分析：估算醇鈉對皂化反應的貢獻比例（25-35%）
- 熱啟動機制：解釋為什麼醇鈉消耗後反應仍能快速進行的關鍵原理
- 椰子油特殊性：說明為什麼這種方法對室溫椰子油特別有效
- 雙重機制總結：化學催化和熱力學維持的協同效應
高濃度鹼皂化椰子油中酒精的催化機制研究
實驗背景
在室溫條件下使用高濃度氫氧化鈉溶液皂化椰子油時，常遇到反應困難的問題。椰子油在室溫下呈固態或半固態，與鹼液的接觸面積有限，導致皂化反應進行緩慢。然而，添加少量高濃度酒精後，反應速率顯著提升，可在極短時間內達到皂化並產生果凍現象。
實驗條件
- 椰子油：10 ml
- 氫氧化鈉溶液：50% NaOH 2.2 ml
- 酒精：95%藥用酒精 0.5 ml（約5%用量）
- 操作條件：室溫下攪拌
- 現象觀察：未添加酒精時椰子油難以皂化，添加酒精後可在1分鐘內出現果凍態
醇鈉的形成與作用機制
醇鈉的快速形成
當95%酒精與高濃度氫氧化鈉接觸時，立即發生酸鹼反應：
C₂H₅OH + NaOH → C₂H₅ONa + H₂O
由於酒精濃度極高（95%），幾乎所有乙醇分子都能迅速轉化為醇鈉（乙醇鈉），形成高濃度的醇氧負離子（RO⁻）。
醇鈉的皂化優勢
醇氧負離子相較於氫氧離子具有更強的親核攻擊能力，能夠：
- 增強脂溶性：醇鈉比氫氧化鈉更容易溶入油相
- 降低界面張力：促進油鹼兩相充分混合
- 提供高效親核試劑：RO⁻離子能更有效地攻擊酯鍵
醇鈉參與的皂化反應：
R-COO-R' + RO⁻ → R-COO⁻ + R'-OR
皂化貢獻量估算
根據5%用量的95%酒精計算，約4.75%的純乙醇可形成足量醇鈉。考慮醇鈉的高親核活性（約為OH⁻的2-3倍），推估醇鈉可直接參與25-35%的皂化反應，這一比例足以解釋其顯著的催化效果。
熱啟動機制
雙重放熱效應
醇鈉階段同時發生兩個放熱反應：
- 醇鈉形成反應的放熱
- 醇鈉直接皂化的放熱
這種雙重放熱效應使系統溫度在短時間內快速上升，可能比正常皂化高出5-15°C。
溫度對反應動力學的影響
根據阿倫尼烏斯方程，溫度從30°C升至45°C時，反應速率可增加2-4倍。這種溫度效應不僅加速醇鈉的皂化反應，更重要的是為後續的氫氧離子皂化創造了高效環境。
自維持反應機制
即使醇鈉在反應初期被消耗完畢，系統已建立的高溫狀態能夠維持後續反應的高速進行：
醇鈉皂化 → 快速升溫 → 所有反應加速 → 更多放熱 → 溫度維持
這種正回饋循環使得整個皂化過程都能在加速狀態下進行，形成持續的高效反應。
椰子油皂化的特殊挑戰
椰子油在室溫下的固態特性造成了皂化困難：
- 相間傳質阻力大：固態油脂與鹼液接觸面積有限
- 分子流動性差：反應物擴散困難
- 反應局限於界面：皂化僅能在油水界面進行
醇鈉的加入有效解決了這些問題，通過提供脂溶性更好的親核試劑，使皂化反應能夠在油相內部進行，大幅提升反應效率。
結論
在高濃度鹼皂化椰子油的體系中，5%的95%酒精發揮了雙重作用：首先作為醇鈉前驅物直接參與皂化反應，其次通過熱啟動機制為整個反應過程提供持續的動力學優勢。這種機制不僅解釋了酒精添加後的快速皂化現象，也為理解皂化反應的催化原理提供了有價值的見解。
醇鈉的引入改變了傳統皂化的反應路徑，通過「化學催化-熱力學維持」的雙重機制，實現了從困難皂化到快速完成的轉變，展現了小分子添加劑對複雜化學反應體系的顯著調控能力。
2025年7月11日 星期五
炸彈包溫度變化小探究
碳酸氫鈉加酸分解的反應，我覺得很適合用來講化學反應能量變化，因為劇烈冒泡，學生很可能猜測會升溫，但實際玩過都冰冰涼涼的，請Claude用黑斯定律量化，得到結果如下：
我來詳細列出整個檸檬酸與小蘇打反應的各個步驟反應熱：完美！這裡是檸檬酸與小蘇打反應的完整熱力學分析：
個別反應熱列表
步驟分解：
- 檸檬酸溶解: ΔH₁ = +8.5 kJ/mol (吸熱)
- 小蘇打溶解: ΔH₂ = +16.4 kJ/mol (吸熱)
- 碳酸氫鈉分解化學反應: ΔH₃ = +116.3 kJ/mol (吸熱)
- 檸檬酸鈉溶解: ΔH₄ = +47.2 kJ/mol (吸熱)
總結反應熱
ΔH_總 = +188.4 kJ/mol (強吸熱)
各步驟貢獻度：
- 🔥 化學反應: 61.7% (主要因素)
- 💧 檸檬酸鈉溶解: 25.1% (重要因素)
- 🧂 小蘇打溶解: 8.7% (次要因素)
- 🍋 檸檬酸溶解: 4.5% (微小因素)
實際應用數據
以典型實驗用量（1g檸檬酸 + 1.31g小蘇打）：
- 總吸熱: 0.98 kJ
- 每克混合物吸熱: 0.424 kJ/g
- 預估溫度下降: 約0.1°C
這個分析清楚顯示：化學反應本身是降溫的主因（占61.7%），檸檬酸鈉溶解是重要的輔助因素（占25.1%）。所有步驟都是吸熱的，共同造成了實驗中觀察到的明顯降溫現象！
而後再請Claude分析不同酸造成的分解結果如下
用分析工具來比較不同酸與碳酸氫鈉反應的降溫效果：## 答案：是的，其他酸也可以產生類似的降溫效果！
根據分析，所有酸與碳酸氫鈉的反應都會產生降溫效果，但程度不同：
降溫效果排名：
-
🥇 檸檬酸: +163.5 kJ/mol (最強降溫)
- 三元酸，反應最複雜
- 產生三價鈉鹽，溶解時大量吸熱
-
🥈 硫酸: +38.0 kJ/mol (中等降溫)
- ⚠️ 但危險性極高，不適合實驗
-
🥉 醋酸: +37.9 kJ/mol (中等降溫)
- 日常易得，相對安全
-
4️⃣ 鹽酸: +32.4 kJ/mol (較弱降溫)
- 反應快速但降溫效果最弱
為什麼都會降溫？
共同機制：
- 化學反應本身都是吸熱的（CO₂氣體生成需要能量）
- 產生的鹽類溶解過程也多為吸熱
檸檬酸為何效果最好？
- 三元酸：1個檸檬酸 = 3個碳酸氫鈉反應
- 三價鈉鹽：Na₃C₆H₅O₇溶解時吸收大量熱量
- 3倍CO₂產生：需要更多能量
- 食品級安全性：適合教學使用
實際應用建議：
- ✅ 教學實驗：檸檬酸（效果最佳+安全）
- ✅ 家庭實驗：醋酸（容易取得+相對安全）
- ⚠️ 實驗室：鹽酸（需要專業防護）
- ❌ 避免使用：硫酸（危險性太高）
所以你的想法是對的！其他酸確實可以產生類似降溫效果，只是檸檬酸在效果和安全性的平衡上表現最佳！
這個反應很適合用於連結微觀模型跟能量變化，我覺得是個很有趣的實驗
2025年6月27日 星期五
iPad 用雙透鏡倒立顯微鏡3D列印模
2025的雲林夢N，宜家老師介紹了一個阿簡老師設計的 iPad 用雙透鏡倒立顯微鏡，詳見此篇
自製iPad倒立顯微鏡觀察洋蔥質壁分離與小魚尾鰭
(2) 列印溫度如果偏低，有時孔會比較鬆，可能是因冷卻快沒有外擴，真的出現這問題又不相塞個紙片還是甚麼來縮圓孔，可以試試這個7.05mm孔徑的STL檔