[個人寫作]氧化還原循環變色-藍瓶反應與紅綠燈反應 ... - 隨意窩

圖片：紅綠燈實驗當中最初將靛藍試劑加入葡萄糖-氫氧化鈉溶液時的情形。

作者：嚴融怡坊間或是科學示範實驗所常看到的循環變色反應其實主要是藍瓶實驗（Blue bottle ... 小蟑螂的土土小窩土土小窩是一個關注自然環境與藝術人文的小站！歡迎參觀與留言。

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謝謝!日誌相簿影音好友名片 202110041939[個人寫作]氧化還原循環變色-藍瓶反應與紅綠燈反應?化學 圖片：紅綠燈實驗當中最初將靛藍試劑加入葡萄糖-氫氧化鈉溶液時的情形。

作者：嚴融怡 坊間或是科學示範實驗所常看到的循環變色反應其實主要是藍瓶實驗（Bluebottlereaction）以及紅綠燈實驗(chemicaltrafficlightreaction)這兩種類型，這兩種也都是歐美相當盛行而有趣的化學演示實驗，也很容易引起學生對於這類變色化學的好奇與進一步探究。

其中藍瓶實驗的無色水溶液經過劇烈搖動後，會由無色快速變成藍色，之後靜置桌上幾秒鐘則藍色又會逐漸褪去變回無色。

而紅綠燈實驗，混合溶液最初由藍色變為綠色，之後再從綠色慢慢變紅褐，之後形成黃色。

之後反覆搖晃錐形瓶，顏色會反轉，依序為黃→紅褐→綠，但經過多次變色之後反應最終會變成永久的紅褐色。

這兩項實驗由於能夠反覆並且循環變色，因此很受中小學甚至大學生的喜愛，因此很適合科普的展演，也滿適合融入國小五年級的水溶液單元或是國高中化學的氧化還原反應課程。

並且在過去幾年當中也曾有中小學的科展多次探討到這兩項實驗。

無論是藍瓶反應或是紅綠燈反應，其實都牽涉到氧化還原反應。

其中主要擔負還原劑的便是葡萄糖。

以藍瓶實驗來說，藍瓶實驗是在1950年代，臺灣進行化學課程改革時從美國所引進高中化學CHEMstudy教材中的一個演示實驗。

這項實驗的原理後來曾有不少科學家做細部的討論和衍伸，像是J.A.Campbell於1963年所整理，之後A.G.Cook等人在1994年也曾再做重整。

而紅綠燈實驗則是化學紅綠燈是一種與藍瓶實驗有關的變色氧化還原反應(也有的說法認為是由藍瓶實驗所衍生發展的實驗方法)。

早期配方之一由葡萄糖、氫氧化鈉、靛藍胭脂紅和水組成。

另一種配方則是由靛藍胭脂紅、其他染料搭配、抗壞血酸（維生素C）、碳酸氫鈉、氯化鈉、硫酸銅、氫氧化鈉與水所組成；後者有不同的版本，主要是訴求能夠有效降低pH，使廢液更好處理。

紅綠燈實驗可以反覆進行很多次，但是當反應徹底終止時則需要額外添加氧氣或是靛藍胭脂紅。

此外，還有一個有趣的相似化學實驗被稱為消失的情人節實驗(Vanishingvalentineexperiment)，它的實驗原理類似於藍瓶實驗與紅綠燈實驗，也被視為是衍生版本。

但是是將靛藍胭脂紅替換成刃天青(resazurin)，這是一種食品化學中作為還原酶試驗的指示劑。

還原酶試驗是指使用可被乳品細菌生成的脫氫酶脫色的色素，並依據脫色程度估測乳品的新鮮度和細菌數，又稱為色素還原試驗。

主要方法包括了亞甲藍試驗（又稱為美藍試驗)以及刃天青試驗，日本比較喜歡採用後者。

在消失的情人節實驗當中，當水、葡萄糖、氫氧化鈉與刃天青在三角瓶中混合時，它會從淺藍色變為微紅色。

放置一段時間後溶液又變回淺藍色。

該反應同樣可以重複多次。

藍瓶反應的經典的配方是： 1.葡萄糖溶液(2%)：稱取葡萄糖20克，配製成1000毫升水溶液。

2.氫氣化鈉(2%)：稱取氫氣化鈉20克，配製成1000毫升。

3.亞甲藍(又稱亞甲基藍，Methyleneblue)溶液(0.2%)，稱取亞甲藍粉未0.2克，調配成100毫升水溶液。

其中所有溶解過程均不可進行加熱，否則會破壞影響後續的變色反應。

當實驗進行時，空氣中的氧氣會溶於水中，將無色的還原態亞甲藍（methyleneblue）氧化成藍色的氧化態。

葡萄糖在鹼性環境下為還原糖(還原糖是在鹼性溶液中能生成醛基和羰基的糖。

其他的還原糖還包括果糖、甘油醛等所有單糖，以及麥芽糖、乳糖等雙糖，以及寡糖；也因此過去曾有科展作品試圖以這些其他的還原糖類來取代葡萄糖；甚至前人研究當中也發現與葡萄糖結構相近而能提供羥基或醛這類能夠氧化的官能基的戊五醇、己六醇也都可以作為葡萄糖的替代品)，當溶液靜置時，溶液中的葡萄糖可將亞甲藍由藍色的氧化態，又逐漸還原成無色的還原態。

當實驗者搖晃瓶身時，瓶內空氣中的氧氣會再溶於水溶液當中，然後又將亞甲藍再度由無色的還原態，氧化為藍色的氧化態。

圖片：紅綠燈實驗當中先行配製的靛藍胭脂紅指示劑(左)和葡萄糖-氫氧化鈉溶液(中)，以及用以簡易定量的量杯。

圖片：指導學生配製測量靛藍胭脂紅指示劑。

經典的紅綠燈實驗是先配製大約1%的靛藍胭脂紅（Indigocarmine）5毫升，之後再配製1克氫氧化鈉與0.6克葡萄糖相溶於50毫升水中的混合溶液。

然後將二者加以混合，就可以產生循環變色的效果。

靛藍胭脂紅在pH<11.4時會呈現藍色，而當鹼性增強至pH>13.0時，顏色會轉變為黃色。

pH值介於11.4和13之間則會呈現黃、藍雙色的中間色—黃綠色。

它的變色反應是可逆的氧化還原反應。

而在鹼性環境下的葡萄糖，可以做為還原劑將靛藍胭脂紅還原為黃色。

當搖晃錐形瓶時，由於液面上方的氧氣進入溶液當中，因此會將靛藍胭脂紅被氧化黃綠色。

當實驗進行時，靛藍胭脂紅接觸到氧氣便會進行黃色→紅褐色(中間過渡狀態，這時期牽涉脫氫產生自由基的過程，比較不穩定)→黃綠色。

但是在靜置過程當中溶液又可以被鹼性環境下的葡萄糖(鹼性還原糖)所還原回來，而與先前顏色變化呈現相反的過程。

經過反覆的搖晃與靜置，可以看到這一循環的顏色變化。

但之後會隨著反應逐漸終結而變色越來越緩慢。

圖片：紅綠燈實驗當中，靛藍胭脂紅-葡萄糖-氫氧化鈉混合溶液從黃色變為紅褐色。

圖片：混合溶液在搖晃後由紅色轉為黃色再變為黃綠色。

圖片：混合溶液在搖晃後由黃綠色轉為黃色。

圖片：之後混合溶液又從黃色轉變為紅褐色。

然後可重複循環。

在我們小朋友配製完成的紅綠燈實驗當中，當實驗進行過久，封閉溶液會完全轉變為這樣的顏色而難以再變色。

其中氫氧化鈉的用量如果改變，也可以改變顏色的呈現，而如同藍瓶實驗，其實當中的葡萄糖是可以替換成其他化學物質的。

這項反應是透過溶液的氧化與還原所發生，其中鹼性葡萄糖溶液作為還原劑。

而令染料靛藍胭脂紅持續產生規律的顏色變化，因此這項反應也是一種化學鐘實驗(Chemicalclock)，因為產物和反應物的濃度在特定時間內可發生規律變化，化學鐘實驗當中最有名的便是漢斯·蘭多爾特(HansHeinrichLandolt)所在1886年所發現的碘鐘反應實驗，這項實驗則是大學物理化學的重要實驗之一。

參考引用資料： 1.吳錱俞、蕭次融。

藍瓶實驗。

臺灣網路科教館https://www.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=6838&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=8233  2.廖旭茂、陳嬿竹、羅珮綺、林芳瑜。

2015。

探究「紅綠燈」示範實驗的多彩顏色。

臺灣化學教育。

http://chemed.chemistry.org.tw/?p=7857&cpage=1  3.簡榮均、王致驊、莊博惟、蘇子森製作。

李建勳、林兆駿指導。

搖哩！搖勒！變色水。

國立羅東高級中學。

中華民國第四十八屆中小學科學展覽會。

https://twsf.ntsec.gov.tw/activity/race-1/48/senior/040214.pdf 4.3D有趣實驗：變色搖搖瓶─科學Onlinehttps://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=66831  5.化學示範實驗（四）紅綠燈─跟著鄭大師玩科學https://www.masters.tw/187394/化學示範實驗4    6.藍瓶反應─pongchenghttps://www.youtube.com/watch?v=faAV0Y5Rftk  7.藍瓶反應---亞甲基藍的氧化還原反應─中學示範實驗 http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/28200  8.還原酶試驗─百科知識https://www.easyatm.com.tw/wiki/還原酶試驗 9.刃天青─百度百科https://baike.baidu.hk/item/刃天青/904408 10.碘鐘反應─百度百科https://baike.baidu.com/item/碘钟反应 11.小宇宙自然科學教室【藍瓶實驗】─科學X博士https://www.youtube.com/watch?v=zjUyxE2tPxM 12.ADFTinvestigationofthebluebottleexperiment:E∘half-cellanalysisofautoxidationcatalysedbyredoxindicatorshttps://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.170708 13.Bluebottleexperiment-wikipediahttps://en.wikipedia.org/wiki/Blue_bottle_experiment 14.BlueBottleExperiment-FLINNSCIENTIFICCHEMFAX!https://www.flinnsci.com/api/library/Download/31761239ddc649038215364c5f186ee4 15.Chemicalclock-wikipediahttps://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_clock 16.Recreatingthechemicaltrafficlightreaction-NileRedhttps://www.youtube.com/watch?v=1ueSa6-UqYo 17.TheBlueBottleExperimentandPatternFormationinthisSystemhttps://zfn.mpdl.mpg.de/data/Reihe_A/52/ZNA-1997-52a-0650.pdf  小蟑螂/Xuite日誌/回應(0)/引用(0)[個人寫作]關於燦樹颱風的火燒...|日誌首頁|[個人寫作]磷灰石與磷礦枯竭問...上一篇[個人寫作]關於燦樹颱風的火燒雲...下一篇[個人寫作]磷灰石與磷礦枯竭問題的簡介...回應 加我為好友日誌相簿影音 我的相簿 全部展開|全部收合 pedology's新文章[個人寫作]十七世紀發現昆蟲變態生理的插畫家兼博物學者[個人寫作]在環境變遷加劇下我們更應加強濕地保育[個人寫作]歡迎參加新年數鳥嘉年華(長期鳥類觀察篇)[個人寫作]淺談魯米諾化學發光實驗與魯米諾的應用[個人寫作]磷灰石與磷礦枯竭問題的簡介[個人寫作]氧化還原循環變色-藍瓶反應與紅綠燈反應[個人寫作]關於燦樹颱風的火燒雲[個人寫作]從奧勞斯時代的默斯肯漩渦到現今渦流的觀點[個人寫作]五月的橘紅色血月[個人寫作]唭哩岸捷運站的長尾水青蛾 全部展開|全部收合 關鍵字 pedology's新回應沒有新回應！