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食鹽結晶的X 檔案

科展類別

全國中小學科展

屆次

第45屆--民國94年

科別

理化科

得獎情形

第一名

學校名稱

臺中縣立大雅國民中學

指導老師

陳盈昌、曾祿喜

作者

盧裕欣、張哲維、廖思評、吳孟霖

關鍵字

結晶、食鹽

摘要或動機

在製作食鹽結晶的過程中,我們發現到每一個大的食鹽晶體,中間都會有一道X 形的溝槽,為什麼會有如此奇特的現象呢?引起我們極大的興趣,於是我們前去請教老師,展開了發現之旅。
一. 記錄飽和食鹽水在各種不同條件下形成結晶的圖形
用培養皿的裝的食鹽水,不論是粗鹽,精鹽,也不管是用蒸餾水或自來水去泡,都有X 出現,其中的差別在於結晶周圍的白色比例多寡不同。
二. 加入不同物質,記錄各種結晶的形狀
加入海水中常見的鹽類,探討對食鹽結晶的影響。氯化鎂加入之後,結晶的X 溝槽偏離中心,這與氯化鈣非常類似,可見氯化鈣與氯化鎂一定有一個共通的性質會影響食鹽結晶的X 形狀。進一步推論, 氯化鈣是乾燥劑的原料,有很強的吸水性,氯化鎂也是,所以培養皿中,總是留有少許的水分,放了兩三個月還是濕濕的。是不是吸水性會改變水的某些性質,如表面張力等因素呢 ?於是針對表面張力的因素,再做進一步討論。
三. 找出食鹽水的表面張力結晶形狀的關係
在食鹽水中加了酒精,丙酮會降低表面張力。降低表面張力之後,X 的溝槽較不明顯了。要了解表面張力作用的情形,才能解開X 之謎,於是直接觀察水滴在不同大小的食鹽結晶周圍所形成的水膜,由水膜的結果發現,結晶太薄,表面張力不明顯,不會有X,結晶太大,表面張力到達極限,X 就終止。接著再量X 中心點的凹陷情形,發現表面張力越大,凹陷越深。
四.控制變因找出食鹽X 檔案
在密閉塑膠盒中裝入乾燥的氯化鎂,可控制水的蒸發速率,蒸發速率較慢時,食鹽分子有充裕的時間到正確的位置形成完美的結晶。較深的水,壓力較大,食鹽周圍不易形成水膜,所以X 就無法繼續長大了。綜合以上結果,食鹽結晶的過程,先在底部長出正方形的薄片,隨著厚度的增加,表面形成凸起的水膜,水膜與正方體上方接觸的四個邊,因為深度最小,最易形成結晶,所以結晶會由四個邊往上長,形成中央陷落的X 形狀。當結晶夠大時,水膜的大小相對於結晶就顯得微小,所以X 不再長大,循正常的方式繼續結晶下去。

 

食鹽結晶的X 檔案

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