大象牙膏
大象牙膏（英語：Elephant toothpaste）是一個化學實驗，因實驗中過氧化氫快速分解所產生大量氣泡而得名[1][2][3]。這個實驗需要的原料較少，而產生的效果卻和火山噴發一樣壯觀，故常用於課堂演示中[1][2][3]。
實驗過程與現象
首先將濃過氧化氫溶液（一般為30%~35%，俗稱雙氧水）與洗碗精[4]混合，然後加入催化劑（一般用碘化鉀）來使過氧化氫快速分解。受到催化劑的催化，過氧化氫會快速分解，產生大量的氧氣。這些氧氣會極快地衝出容器，然後被洗碗精包裹住產生氣泡，並聚集成為泡沫噴涌而出。如果事先在催化劑溶液中加入一些色素，產生的泡沫就是彩色的。[1][3]
化學解釋
這個實驗證明過氧化氫（H2O2）可以被催化分解，產物是水與氧氣。過氧化氫在一般情況下也可以分解成水和氧氣，但是反應速度極慢，甚至於觀測不到。在加入催化劑（一般在大象牙膏實驗中為碘化鉀）後會加速反應生成大量氧氣：[1]
- 2H2O2 → 2H2O(l) + O2(g)
此反應中碘化鉀充當了催化劑：它的總量並沒有減少，且加速了反應的進行[1][2][3]。碘離子將反應機理改變為：
H2O2 + I− → H2O + IO− H2O2 + IO− → H2O + O2 + I−
2H2O2 → 2H2O(l) + O2(g) ΔrH° = −196 kJ/mol
這個反應是放熱反應，所以產生的氣泡是熱的[1][2]。另外，使用二氧化錳、氧化銅等也可以作為催化劑加快反應速率，但固體催化劑與液相的接觸面積可能不如液體催化劑大。
其他版本
一種可供孩子嘗試的更安全的版本是，改用危害更小且更易獲取的稀過氧化氫（3%至6%）來反應，並以釀酒酵母粉催化[2]。這樣做的話，雖然仍會有泡沫產生，但速度更緩慢，泡沫噴出的力度也更小。
若不用過氧化氫，也可以選用氯化鋁飽和溶液與含洗潔精的飽和碳酸氫鈉溶液來反應，這樣產生的泡沫為二氧化碳：[5]
參見
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Elephant's Toothpaste (PDF). University of Utah Chemistry Demonstrations. University of Utah. [21 March 2014]. （原始內容 (PDF)存檔於2011年11月11日）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Elephant’s Toothpaste - Kid Version. Steve Spangler Science. [21 March 2014]. （原始內容存檔於2014-03-18）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Catalytic Decomposition of H2O2 - Elephant's Toothpaste (PDF). NCSU Department of Chemistry Lecture Demonstrations. North Carolina State University. [21 March 2014]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-05-28）.
- ^ 佚名. 大象牙膏. 中學科技. 2013, (2): 35 [2014-10-02]. （原始內容存檔於2020-06-08）.
- ^ 尚廣斗. 中国的“大象牙膏”实验. 中學化學教學參考. 2011, (11): 42 [2014-10-02]. （原始內容存檔於2020-06-08）.
外部連結
- The Elephant's Toothpaste Experiment （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） sciencebob.com