再談「分解與合成」

上週我們用鋁箔紙包覆竹筷子加熱後得到『竹碳』，也就是碳棒，這禮拜我們準備用碳棒來進行電解水的實驗，看看有沒有辦法將水給分解。

當我們用4.5伏特的電壓，透過碳棒給到水裡面的時候，等了一段時間之後，卻發現這水與竹碳，簡直是無動於衷，一點變化都沒有，孩子問我，我們到底要觀察什麼？我的回答是如果我們能順利的將電透過碳棒送到水裡，那麼碳棒周圍應該會有氣泡產生，但是結果卻沒有。

有些孩子覺得這個實驗是失敗的，也覺得有些無趣，但是研究不成功的實驗，找到問題所在，然後調整實驗的設計，再重新完成實驗，會不會有另一種成就感呢？

過去我從事產品研發的經驗告訴我，凡是研發過程不太有失敗的記錄的，通常不會是一項好的產品，未來在生產的過程中，問題會慢慢的浮現，也會造成生產的困難與品質穩定。

因此，實驗的過程，其實我不期望孩子接觸到的時一個已經設計完畢的實驗，孩子只要照表操課就能完成的過程，這樣可能看不到潛藏的問題所在，也不容易養成「解決問題」的能力。

首先，我們先用三用電錶的電阻計來測量竹碳的導電性，電阻有時測量得到，有時卻又過載（超大），顯示竹碳並不是很好的導體。其次，我們提供的電源是 4.5 伏特，電力或者過小。

所以，我們可以改進的地方應該是碳棒（製作方式或是獲得管道）與電壓（加大），也是我們可以修正實驗的地方。

在接下去討論分解與和成時，我再問同學一個問題：「我們用火點燃竹筷子的時候，請問，火的目的是什麼？」

一時之間，孩子有些楞住的望著我，似乎不知道該怎麼回答，於是我開始點名，可就在我開始點名的時候，有個較大的孩子回答：「讓它把氧耗掉」，我接著問，還有別的想法嗎？於是同學開始迸出許多不同的想法，「讓它變成碳」、「氧化」、「加熱」、「破壞」、「燒毀」、「去黴」、...。

面對這些玲瑯滿目的想法，孩子們也開始覺得有趣，好吧！我們來投個票好了，到底你認同哪一個？

結果出乎我意料的，破壞竟然有了最多票，其實這樣的說法雖然滿足了火燒竹筷子的最終結果，但是這真的是我們點火燒竹筷子的目的嗎？

好了，我們先從鐵生鏽這件事來說好了，鐵在空氣中為什麼會生鏽？

什麼是生鏽？

嗯，生鏽是一般的說法，鏽其實指的是金屬表面所生的氧化物，鐵鏽也就是鐵與氧反應的結果，那麼竹筷子放在空氣中會生鏽嗎？

當然不會囉！

為什麼呢？

嗯......

其實鐵在空氣中生鏽是錯覺，鐵其實是跟空氣中的水份反應，將原本與氫結合的氧原子給奪了過來，使得氫原子還原成氫分子，而鐵就跟氧原子結合成氧化鐵，也就是鐵鏽。

那麼竹筷子有沒有這個能力？它可不可以將空氣中的氧或是水分裡的氧給奪過來呢？

就我們的經驗來說，這是有困難的，竹筷子放在空氣中，如果空氣過於潮溼，可能只有長出黴菌，但是卻無法自然的將氧原子奪過來進行反應，因此竹筷子相對於鐵來說，是比較穩定的物質。

分析竹筷子本身的結構，其實就是纖維、澱粉、蛋白質、脂質之類的有機化合物，主要是由碳、氫、氧、氮所構成，原子與原子鍵結成一個結構完整的分子，因此它其實是相當穩定的，也不輕易跟別的原子結合。

那麼火的目的是什麼？大家可以再猜猜看嗎？

我知道！火是提供能量來破壞竹筷子的分子結構，使他變得不穩定！

沒錯！就是如此，我們用火提供能量，除了使得竹筷子內部分子間的組成原子變得不穩定，也使得周圍的氧氣分子不穩定，於是各種獨立出來的原子開始進行反應，碳與氧結合成一氧或碳或是二氧化碳，氫與氧結合成水，氮與氧結合成二氧化氮，其餘不容易與氧反應的殘渣，就是竹筷子內部比較不容易被分解的物質，或是少數的金屬氧化物。

仔細觀察與思考這些化學反應的過程，其實都是包含了分解與合成，穩定的物質，給予適當的能量之後，就會將化學物質分解成為不穩定的原子狀態，接著這些原子又會尋找適合的彼此，合成新的化合物，就像是革命後的建設，都是為了更穩定的結果，這個過程，也會釋放出更多的能量。

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