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高溫鋼球 VS 雞蛋殼 會發生咩事?


Egg experiment
實驗圖片 (Credit: FloridaFoxAnthillArt @ YouTube)

話說小編最近睇咗個科學實驗(YT: FloridaFoxAnthillArt),一個燒得通紅嘅高溫鋼球,居然喺短時間熔化唔到一個看似脆弱嘅雞蛋殼,然後小編就去探究雞蛋殼嘅奧祕。


原來雞蛋殼主要由碳酸鈣(Calcium Carbonate)組成,其熔點約為 825°C(1517°F)。 然而,值得注意嘅係,蛋殼唔會好似冰或者黃油等物質被高溫鋼球熔化。 相反,喺高溫下,蛋殼中嘅碳酸鈣(Calcium Carbonate)會發生化學反應,分解成氧化鈣/生石灰(Calcium Oxide/Quicklime) 同二氧化碳氣體(Carbon Dioxide Gas)。



碳酸鈣熱分解
碳酸鈣熱分解化學公式

Credit: the science hive


呢個過程稱為熱分解(Thermal Decomposion)或煅燒(Calcination)。氧化鈣(Calcium Oxide)保留為固體殘留物,而二氧化碳氣體則被釋放。


點解碳酸鈣會有極高熔點?


主要係由於其組成原子(Atom)之間牢固嘅化學鍵(Bonding)及其晶體結構(Crystal Structure)性質,令碳酸鈣具有高熔點。



碳酸鈣結構
碳酸鈣結構(藍色:鈣原子/灰色:碳原子/紅色:氧原子)

大家試想像一下,將碳酸鈣想像成用積木搭建的化學結構。 每塊磚代表一個原子——鈣(Calcium)、碳(Carbon)和氧(Oxygen)—佢哋通過化學鍵(Chemical Bonding)連接起來。 化學鍵就像積木嘅小螺柱一樣,將佢哋固定喺一起。


喺碳酸鈣中,鈣、碳和氧原子通過「離子鍵」(Ionic bonding)和「共價鍵」(Convalent Bond) 緊密地結合在一起。


離子鍵(Ionic Bond):鈣帶正電荷,而碳酸鹽(Carbonate)帶負電荷。 相反嘅電荷相互吸引,就好似磁鐵一樣。 因此,由於呢啲吸引力,鈣同碳酸鹽粘在一起。 打破離子鍵需要大量嘅能量,就像分離兩個強磁鐵一樣。


共價鍵(Covalent Bond):碳酸酯基團(Carbonate Group)中嘅碳和氧共享電子,形成牢固嘅共價鍵。 呢啲共享嘅電子就像「膠水」一樣將原子粘在一起。 所以打破共價鍵就需要大量嘅能量。


此外,碳酸鈣嘅晶體結構增加了其高熔點。 可以將呢種結構想像成一堆互鎖嘅積木。 原子以重複模式排列,呢種有組織嘅排列有助於物質嘅穩定性。


當你加熱碳酸鈣時,你會向原子提供能量,導致佢哋振動和移動。 然而,即使能量增加,這些強離子鍵和共價鍵也難以斷裂。 這類似於搖動一扇緊緊鎖著嘅門——你需要很大嘅力量才能將佢打開。


因此,強離子鍵同強共價鍵嘅結合以及排列有序嘅晶體結構導致碳酸鈣具有高熔點。


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