編按：美女 Penny 老師又來帶大家動手玩科學囉！這次要來看的是電解～新書《Penny 老師教你創意玩科學》中還會教大家如何用各種電化學手做 DIY 喔，例如這次就是用蝕刻在鐵杯寫字，很厲害吧～各位 maker 有沒有想到怎麼應用這個科學效應呢？

文／Penny 老師 陳乃綺

創意玩科學——電與磁

電是我們現今生活中不可缺少的能源之一，而國中理化中，電學也是非常重要的一個單元，且常常會隨著磁一起出現，尤其電化學的氧化還原與電磁的原理更是必考的內容。電化學是討論電在化學上的應用，包括電池、電鍍、電解、蝕刻等；而電與磁之間可謂密不可分，像早期映像管的電視就會利用帶電粒子在磁場中轉彎。

爸爸的手機有搭配觸控筆，可以直接在螢幕上寫字，小美很好奇，看起來跟普通的筆一樣，為什麼點一點螢幕就可以操作手機呢?

把水變電池？氧化還原造成的電轉移

電化學是化學中的一個分支，主要是在討論發生電轉移的化學反應，比如電鍍、電解、電池等，其原理為物質之間發生氧化還原反應，造成電的轉移。

• 氧化是指物質失去電子，使物質的氧化數上升。
• 還原是指物質得到電子，使物質的氧化數下降。
• 氧化數是指化合物中，元素對電子吸引力不同，所假設的相對帶電量。

因為氧化還原是一起發生的，有物質失去電子就會有物質得到電子，發生氧化的物質當作還原劑，使另外一個物質得到電子而還原；反之， 發生還原的物質當作氧化劑，使另外一個物質失去電子而氧化。

當物質發生氧化還原反應時，我們可以物質氧化的傾向或還原的傾向來判斷，以金屬為例，我們會用金屬的活性來判斷什麼物質氧化、什麼物質還原。以銅和鐵為例，因為鐵比銅的氧化傾向更大， 因此當鐵釘泡在含有銅離子的硫酸銅溶液中，銅離子就會和鐵進行氧化還原，銅離子還原成銅，鐵則氧化成鐵離子。

你活性比較大，容易失去電子，快下來！我跟你換！

電轉移能用來做什麼?

● 電鍍

「電鍍」簡單來說就是將金屬鍍在其他物體表面的過程，鍍不同金屬的目的都不太一樣，比如在鐵的表面鍍銅，是為了避免鐵生鏽。

在生活中，電鍍還具有什麼功用呢？

1. 為了防止金屬生鏽，會鍍活性低的銅，來保護金屬內部，如鑰匙。
2. 鍍上金、銀或銅，使物體擁有金屬光澤、增加美觀，如項鍊。
3. 提高物品的耐磨度。外層鍍上金屬，避免直接磨損裡面的金屬，如手機。
4. 提升產品價值及質感。在鐵製的戒指上鍍上一層黃金，外觀就像金戒指一樣囉！

● 電解

電解是對電解質或熔融態的物質通電，在兩極會產生氧化還原反應，藉此得到化合物或元素。以電解水為例，電解水時，水會在兩極產生氧化還原反應，正極會產生氧氣，負極產生氫氣，再透過排水集氣法，就可以得到較純的氫和氧。

在工業上有許多元素都是利用電解來製作，例如：

1. 電解熔融態的氯化鈉，可在陰極獲得金屬鈉，陽極獲得氯氣。
2. 電解熔融態的氧化鋁，可在陰極獲得金屬鋁。
3. 銅元素從銅礦中提煉出後，因為所含雜質較多，所以會再進行一次電解，來獲得純度較高的精銅。

接黑電線、接紅電線負極（—）正極（+）

● 電池

＠Luigi Chiesa

電池的電是來自兩種物質發生氧化還原時，所轉移的電子，我們將電器接在電池的正負極，使整個迴路形成通路，電 子就會流經電器，使電器運作。隨著使用，電池內的物質完成氧化還原的愈多，電就會愈來愈少，直到反應完畢。

1. 最早的化學電池

最早的化學電池是科學家伏打發明的伏打電堆，他是利用 兩種不同活性的金屬，中間夾著一層沾滿鹽水的布，所堆疊起來。

2. 最早的儲電裝置

其實最早的儲電裝置是先前介紹過的萊頓靜電瓶，但萊頓靜電瓶只能一次性的放電，之後必須再充電，因此算是電容，而不是電池喔！

3. 充電電池

在生活中有許多電池是可以反覆使用的，比如汽機車電瓶、手機電池和一 般 3A 大小的充電電池，這些電池是將放電後的產物，再次通電電解，將反應後的產物電解回尚未產生反應前的狀態，就可以重複使用。

科學好好玩：蝕刻寫名字

棉花棒+鹽水+電池，在家也能做電鍍

通電蝕刻是用棉花棒沾濃鹽水後，利用鹽水和金屬發生氧化還原反應，金屬會氧化變成金屬離子，讓金屬被腐蝕，使表面產生凹陷，就可以得到自 己想要的圖案或文字囉。

實驗材料

1. 濃鹽水

2. 棉花棒

3. 9V 電池

4. 9V 電池底座

5. 湯匙

6. 電火布

實驗步驟

1. 取電池座正極一端電線，用電火布貼在湯匙柄的底部。

2. 另一端負極電線纏繞在棉花棒的一端。

3. 裝上 9V 電池。

4. 用棉花棒沾鹽水，在湯匙柄上用力寫下自己的名字。

生活小教室：蝕刻有兩種，乾式和溼式

蝕刻是指將金屬表面去除，顯現出獨特的紋路。方法有兩種，化學的溼式蝕刻及物理的乾式蝕刻。

溼式蝕刻是利用藥劑與物質進行氧化還原來達到蝕刻的效果，如果是利用通電的蝕刻方法，則金屬活性愈高，所需的電壓較小，如果活性不大，則通電所需的電壓就較大。

乾式蝕刻是利用惰性氣體離子，高速撞擊欲去除的部分，乾式蝕刻會在一個容器內，施以電壓，將惰性氣體離子化，而在陰極的靶材， 因為帶負電，所以會吸引帶正電的氣體離子加速衝擊，產生蝕刻的效果。

（本文轉摘自《Penny 老師教你玩創意科學》，Penny 老師 陳乃綺 著）