化學酸鹼龍捲風
 
2015/03/13
 
楊水平 | 彰化師範大學化學系
 
 
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龍捲風是一種相當猛烈的天氣現象,由於快速旋轉造成直立中空管狀的氣流。在龍捲風的內部是非常快速的擾動狀態,但是在龍捲風的上方切線方向之外面幾乎不會受到龍捲風的影響,但是在龍捲風的下方或附近則會受到快速擾動,與地面接觸並且時常被一團塵土或碎片殘骸等包圍。因此,我們看到新聞報導常會聽到龍捲風經過的路徑會滿目瘡痍,但是沒有經過的地方不會受到影響。

在臺灣我們不容易見到這種天氣現象,在這個示範實驗中我們要製造一個類比龍捲風的「化學酸鹼龍捲風」!利用磁石攪拌溶液產生類似龍捲風的漩渦,然後再滴入會與原本的溶液起化學反應,進而產生顏色變化的另一溶液,讓我們能夠清楚地觀察「化學酸鹼龍捲風」。

在此示範實驗中,使用酚酞(Phenolphthalein)當作酸鹼指示劑。當滴入氫氧化鈉溶液時,形成「化學酸鹼龍捲風」的過程如下:(1)首先在漏斗狀上方形成胖寬的紅色漩渦,但未到達燒杯底部。(2)紅色龍捲風的長度增長,延伸到轉動的磁石處,並且在杯底消失。(3)然後漏斗狀上方胖寬的紅色龍捲風由上而下消失。(4)在胖寬漩渦的消失過程中,出現瘦長的紅色柱狀結構。(5)接著細長的紅色柱狀結構上方開始消失,接著下方也消失,形成一條較短的紅色柱狀結構。(6)最後全部的紅色柱狀結構消失。

由「化學酸鹼龍捲風」的形成過程中,我們可以發現龍捲風的氣流分為二層:(1)內層:直立管狀最中間瘦長的柱狀結構,旋轉的速度較慢。(2)外層:直立管狀的中間第二層寬胖的漏斗狀結構,旋轉的速度較快,是非常快速的擾動狀態。在第二層漏斗狀結構的外面,旋轉的速度最慢,幾乎不會受到影響。我們也可以發現在龍捲風的上方的切線方向之外面幾乎不會受到影響,但是在龍捲風的下方或附近則會受到快速擾動。

示範實驗拍攝:彰化師範大學化學系楊水平副教授「有趣化學實驗教室」
示範步驟、藥品與器材、原理和概念、教學提示等詳見:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=19869
影片提供者:科技部高瞻自然科學教學資源平臺、知識大講堂
 
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