課題一：地球 — 大氣層

同學你好！歡迎來到「地球」單元嘅第一部分學習筆記。你有冇停落嚟諗過，其實你而家吸緊嘅空氣係啲咩嚟㗎呢？我哋好容易就忽略咗佢嘅存在，但呢種肉眼睇唔到嘅氣體混合物，對地球上所有生命都非常重要。喺呢個章節，我哋會一齊探討大氣層由啲咩組成、點樣將其中最重要嘅氣體分開，以及點樣證明我哋得到嘅係純氧。呢個係理解我哋身邊奇妙化學世界嘅第一步。事不宜遲，開始啦！


1. 空氣的組成

首先講清楚：空氣並唔係單一物質。佢係由唔同氣體組成嘅混合物。混合物嘅意思係，唔同嘅元素或者化合物只係簡單咁混埋一齊，而冇發生化學反應。想像吓一碗什錦果仁——杏仁、合桃、腰果都喺同一碗入面，但佢哋都仲係獨立嘅果仁。空氣都係咁，不過係氣體版啫。


潔淨、乾燥空氣嘅主要成分包括：

• 氮氣 (N₂): 約 78%
• 氧氣 (O₂): 約 21%
• 氬氣 (Ar): 約 0.9%
• 二氧化碳 (CO₂): 約 0.04%

空氣中亦有少量其他氣體，稱為微量氣體，例如氖氣同氦氣，仲有含量不定嘅水蒸氣。

記憶小貼士！

想記住主要氣體含量由多至少嘅次序，可以諗吓呢句：「Nice Old Animals Chat」（「好Nice嘅老OuldAnimals傾Chat」）。呢個口訣對應住：Nitrogen (氮氣)、Oxygen (氧氣)、Argon (氬氣)、Carbon dioxide (二氧化碳)。

學習重點

空氣係混合物，並唔係純物質。佢嘅主要成分係氮氣（約78%），其次係氧氣（約21%）。


2. 從空氣中分離氣體

由於氮氣同氧氣有好多重要用途（例如：氧氣用於醫院同焊接、氮氣用於食物包裝以保持新鮮），所以我哋需要方法將佢哋從空氣中分離出嚟。工業上用嚟做呢個嘅方法叫做液態空氣分餾法。

唔使擔心，就算聽落好複雜都好，佢嘅主要原理其實好簡單㗎！

核心原理：沸點差異

分餾法之所以有效，係因為空氣中唔同嘅氣體由液態變返氣態嘅溫度都唔同。呢個溫度就叫做沸點。

類比：想像你有一種混合物，入面有水（沸點100°C）同純酒精（沸點78°C）。如果你輕輕加熱呢種混合物，酒精會首先沸騰並變成蒸氣。你可以收集呢啲蒸氣，然後冷卻佢哋以得到純酒精，而水就會留喺後面。我哋對液態空氣都係做同樣嘅嘢，只不過係喺極低溫下進行啫！

分步講解：空氣嘅旅程

整個過程主要分為兩個階段：

階段一：將空氣變成液體

1. 過濾空氣：首先，空氣會通過過濾器，以去除灰塵顆粒。
2. 去除水及二氧化碳：然後，空氣會被冷卻到約-80°C。喺呢個溫度下，水蒸氣會凝結成冰，而二氧化碳則會變成固體（乾冰）。佢哋必須被去除。
3. 壓縮與冷卻：潔淨、乾燥嘅空氣會被壓縮到極高壓力，呢個過程會令空氣變熱。之後，佢會被允許迅速膨脹，令佢變得極之寒冷。呢個過程會重複進行，直到空氣變得夠凍（約-200°C），轉化成淺藍色嘅液體。

你知唔知？
我哋必須去除水同二氧化碳，如果唔係，喺所需嘅低溫下，佢哋會凝固成固體，堵塞機器入面嘅管道！


階段二：分離液態空氣（分餾法）

液態空氣會被泵入一個高塔嘅底部，呢個高塔叫做分餾塔。呢個塔底部比較暖，越向上就越凍。

以下係需要記住嘅主要沸點：

• 氮氣: -196°C (最低沸點)
• 氬氣: -186°C
• 氧氣: -183°C (最高沸點)

負數小貼士：「越大」嘅負數（例如-196），代表越凍，所以佢係最低嘅溫度。

以下係分餾塔入面發生嘅事：

1. 液態空氣喺分餾塔底部會被輕微加熱。

2. 沸點最低嘅氮氣（-196°C）會首先沸騰。佢會轉化成氣體，並上升到寒冷嘅分餾塔頂部被收集。

3. 沸點最高嘅氧氣（-183°C）會維持液態較長時間。佢會流到分餾塔底部，以液態形式被收集。

4. 氬氣嘅沸點介乎於氮氣同氧氣之間，所以佢會上升到分餾塔嘅中間部分，再轉回液體並喺嗰度被收集。


學習重點

空氣中嘅氣體係透過分餾法分離嘅。呢個方法有效，係因為每種氣體都有唔同嘅沸點。氮氣嘅沸點最低，會喺分餾塔嘅頂部被收集；而氧氣嘅沸點最高，則會喺底部被收集。


3. 氧氣嘅化學檢驗

咁你分離咗一種氣體，仲覺得佢係氧氣。點樣可以確定呢？化學家會用一種簡單而可靠嘅化學測試，叫做餘燼試驗。

步驟：餘燼試驗

1. 喺試管入面收集你想要測試嘅氣體樣本。

2. 攞一支木條，用火焰點燃佢。

3. 輕輕吹熄火焰。木條尖端應該仲係紅色同發光嘅。呢個時候，佢就係一支餘燼。

4. 立即將帶有餘燼嘅木條末端放入裝有氣體嘅試管口。

氧氣嘅陽性結果

如果氣體係氧氣，餘燼會復燃，重新冒出火焰！

點解會咁樣？

氧氣本身唔會燃燒，但佢係物質燃燒所需嘅（佢助燃）。帶有餘燼嘅木條仍然好熱，當佢放入高濃度嘅純氧中時，佢有足夠嘅燃料（木材）同氧氣再次燃燒。

木條燃燒嘅文字方程式係：

碳（來自木材）+ 氧氣 → 二氧化碳


快速回顧：常見錯誤提點！

確保你用嘅係餘燼，而唔係正在燃燒嘅木條。如果係正在燃燒嘅木條，佢只會喺氧氣中燒得更旺，咁就比較難判斷。而餘燼復燃係一個更清晰、更明確嘅測試！


學習重點

氧氣嘅檢驗方法係將一支餘燼放入去。陽性結果就係餘燼復燃。