實驗 5 溫度計之校正及可溶性物質分子量之測定 Q & A
| 1 | Q:何謂突沸？沸石的功用？ |
| A:當液體加熱至沸點時，在液體表面的分子可輕易的揮發成為氣相，然而在液體內部的分子則沒有管道可讓其轉為氣相，一旦有一個氣泡出現時，許多分子突然有了管道可讓其轉為氣相，此時爭相揮發進入此一氣泡中，因此使得此一氣泡突然漲大，好像爆炸一般，稱為突沸，實際的現象就是一時靜如止水，下一刻劇烈沸騰，有時會溢出容器之外，這當然不是我們希望發生的現象。因此如果劇烈攪拌或能提供許多的小氣泡，就不會有突沸的問題，沸石的功能就是利用其孔洞，提供一個氣泡產生的位置而已，當然妳又要問為什麼孔洞可以提供一個氣泡產生的位置，讓我們這樣想，微觀來看，總會有些孔洞是倒過來的，因此放置在蒸餾的液體中時其中的空氣跑不出來，當液體沸騰時汽化的液體會一直充填入這樣的孔洞，超出孔洞體積的氣體就會從底部冒出，持續不斷，造成沸石冒泡的效果，不過經過一陣子，孔洞中的空氣會完全被汽化的液體所取代，因此等到冷卻至低於液體的沸點時，孔洞中所有的氣體液化，孔洞會被液體填滿，沸石的功能就消失了，因此實驗課本會提醒妳用過的沸石不能再用，實際上只要有孔洞的材料都可以用作沸石，例如我的實驗室研究生就用碎磚塊做沸石，其實沒什麼大不了的。 |
| 2 | Q:實驗5中所使用之冷浴，水和冰之比例在何時有最好的效果，請問為什麼? |
| A:真正重要的是需要好的接觸，如果只用冰塊時，與試管是點的的接觸，不夠緊密，冷浴的效果不好，水和冰之比例其實應不重要。 |
| 3 | Q:請問過冷現象的成因,原理,為何?如何能夠避免過冷現象產生? |
| A:當液體冷卻至其凝固點時本應結晶產生固體，然而結晶如果沒有一個既存的晶格(結晶位置-nucleation site)讓其附著，則較難開始，因此有可能產生過冷的狀態，一旦nucleation產生即晶體出現時，溫度就會回到液相與固相的平衡溫度。你可能較熟悉再結晶，知道有所謂的過飽和狀態存在，這也是因為須經過nucleation這個階段才能產生晶體之故，一顆灰塵或玻璃器璧上的某一尖銳面，只 要長得與晶體的某一個晶面相同，就會被誤以為是其晶格而附著於其上產生晶體，其實長晶是一個非常有趣的過程。按此原理，刮刮玻璃內璧，提供可能的晶面，或許能改善。 |
| 4 | Q: In experiment 5,在問題與討論1中 ,how does the formula get? |
| A:這個方程式稱為Clausius-Clapeyron equation，是描述蒸氣壓相對於溫度的變化，通常在普化課程中是放在液相與氣相的部份提及，請你暫時把它當成是一個實驗可觀察到的結果，等學到物化時會對它的導出有所瞭解。 |
| 5 | Q: 想到相變的問題:相是什麼?為什麼條件足夠下物質就都顯出3(4)相?而不是其它數目?或各不相同?我學過相變是分子們獲得能量而掙脫彼此的束縛.但為何不是分子相距慢慢變遠.而是某程度就"忽然"跳遠?它的機制到底是什麼? |
| A:關於第一個問題：雖然氣態、液態與固態是一般最常見的三種狀態，但實際上物質可呈現出更多不同的相。例如有許多的長形或是碟形分子，可以呈現出介於固態與液態間的多種液晶相(liquid
crystals): 向列相(Nematic phase)、Smectic A、Smectic
C、Cholesteric phase，在日常生活中許多的顯示版，如筆記型電腦的LCD，就是利用了物質在這種相所呈現出特殊光電性質，才能達成顯示的功能。除此還有等離子態(plasmas)、非晶固態(amorphous
solids)、超導態(superconductors)、超流體(superfluidity)、中子態(neutron
states)等多種不同的相。 關於第二個問題：考慮在恆溫的條件下壓縮一氣液。在高溫時壓力與體積的等溫曲線（P-V curve）類似於理想氣體，並無相變出現。在低於臨界溫度的情形，壓力體積變化曲線明顯地偏離理想氣體，並呈現所謂的相變化。如圖所示
其中的AB段是氣態，CD段是液態，BC段是氣液共存，相變化是在BC段間進行。液體在等溫下膨脹，每個分子平均動能等於 3kT/2，因此在整個PV曲線不同的狀態上，僅有平均位能是不同的。從C點液體開始相變，此時壓力為常數，僅體積逐漸變大，分子間的平均距離也隨之逐漸變大，克服分子間的位能所需之能量來自外加之熱量。直到B點相變完成，分子間的平均距離比C點大得多，這是這位同學所謂的"忽然"跳遠，但是仔細看BC段的相變，微觀的分子實際上是逐漸變遠的。 |
| 6 | Q: In experiment 5,step 7,為何要以一秒一次的speed攪拌管內liquid,twice per second or three per second...can effect the record |
| A:其實重點是要有好的攪拌，攪的越慢效果越差，經驗告訴我們這樣寫學生較不會出錯，當然有人會詬病我們把實驗步驟寫的太詳細了，反而使得學生不會思考，然而當我們寫的靈活一些時，很多學生會做的不好而抱怨，有很多事情是很難取捨的。 |
| 7 | Q:為何在計算校正曲線時，水的沸點必須以當時大氣壓下所計算出的值代入，而環己烷的凝固點卻可以直接代一大氣壓下的值？ |
| A:從沸點的定義就應瞭解水的沸點必須視當時大氣壓而定，從很多的工具書中都可以查到水在不同溫度的蒸氣壓。凝固點與大氣壓的關係就不是那麼明顯，不過固體的密度通常較高(想想看水呢？)，因此由勒沙特列原理來看，壓力增高時平衡會往體積較小的固體偏動，換言之凝固點會上升，所幸凝固點的變化受壓力的影響較小，要查相關資訊還不見得容易，因此在此實驗中我們忽略其影響。 | |
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Q: 請問幾個關於簡單蒸餾的問題 1.
在蒸餾的過程中，為何在開始蒸餾的時候，蒸餾瓶中的液體不可以超過蒸餾瓶的三分之二，也不可以少於三分之一呢？ 4.有機溶劑的蒸餾為什麼應避免直接以火加熱呢？ |
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A: 關於簡單蒸餾 1. 蒸餾瓶中的液體不可以超過蒸餾瓶的三分之二，是為避免沸騰過度劇烈時蒸餾液直接沖入收集瓶中，此外因為就相對加熱面積而言加熱不易均勻，也容易造成突沸；若使用太大的蒸餾瓶致使溶液少於三分之一，則殘留於瓶底蒸不出來者將過多降低收量，此時應用小一號的瓶子來執行。
2. 中途添加沸石因為不知道蒸餾瓶中溶液的溫度，有可能因為溫度已達沸點而發生突沸產生危險。
3. 由收集液體積與溫度之關係趨勢，可判別二混合液體可否借由簡單蒸餾達到良好分離成果。
4.有機溶劑多沸點低而易燃，當然應避免直接以火加熱，以免加熱過度產生危險。
5.物質在蒸餾時要冷凝溫度很高的蒸汽，空氣就有足夠的能力將熱移走，達到冷凝的目的，通水當然效果更好，並非不能用水，水的沸點是100度C，因此用水冷凝時要注意水的流速。
6.何謂突沸？ http://www.ch.ntu.edu.tw/~genchem99/lab5.htm http://www.ch.ntu.edu.tw/~genchem99/qalab.html
7. 有關有機化學之相關實驗技能，在化學系圖書室有專門書籍作詳盡解說介紹，如 D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, Jr. Introduction to Organic Laboratory Techniques, Saunders. 您可查詢參考。
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