磁磁相应电磁场对含磁性离子硫酸盐类结晶的影响

1、磁磁相應-電磁場對含磁性離子硫酸鹽類結晶的影響摘 要為瞭解含磁性離子的硫酸鹽類與不含磁性離子的硫酸鹽類在電磁場作用下，其結晶情形是否會有所差異。本實驗利用電磁場大小不同、電磁場作用時間不同與電磁場作用方向不同等變因，探討電磁場對於含磁性離子的硫酸鹽類與不含磁性離子的硫酸鹽類結晶時的影響。可以發現到：一、電磁場會對於硫酸亞鐵的結晶大小、結晶數目、結晶顏色產生影響。二、電磁場對於硫酸銨亞鎳、硫酸銅、硫酸鈉的結晶影響不大。三、電磁場的方向對於硫酸亞鐵的完整結晶的方向有影響，但對於硫酸銨亞鎳、硫酸鈉、硫酸銅的影響不大。四、在電磁場的作用下，硫酸亞鐵的結晶情況受到磁場的影響較硫酸銨亞鎳大關鍵詞：磁場、結

2、晶、磁性離子壹、研究動機 看到中華民國第27屆中小學科展奇妙的晶體的報告，內容寫到硫酸銅結晶會受電磁場影響，但硫酸銅並非磁性物質，如此為何硫酸銅在結晶時會受到電磁場影響。因此，我們希望能夠瞭解含磁性離子的硫酸鹽類與不含磁性離子的硫酸鹽類的粒子，在電磁場大小不同、電磁場作用時間不同與電磁場作用方向不同等變因的影響下，其結晶狀況會有何差異。貳、研究目的一、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）的結晶在不同電磁場大小作用下的影響。二、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）的結晶在電磁場作用時間不同

3、下的影響。三、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）的結晶在不同電磁場方向作用下的影響。四、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）不同溫度的飽和溶液在常溫下的結晶情形的差異。參、研究設備及器材一、藥品：硫酸亞鐵（FeSO4）、硫酸銅（CuSO45H2O）、硫酸鈉（Na2SO4）、硫酸銨亞鎳（NH4）2Ni（SO4）26H2O）。二、器材：自製電磁場容器、酒精燈、燒杯、蒸餾水、玻璃棒、滴管、蒸發皿、濾紙、漆包線、電池、電腦。三、軟體：motic images2.0測量工具。肆、研究過程或方法一

4、、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）在不同溫度的飽和溶液在常溫下的結晶情形的差異。（一）在室溫（30）下配製硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液10ml並且過濾。用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，作為對照組，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。（二）分別配置硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳40、50、60及70的飽和溶液過濾後，用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。二、探討含磁性離子的硫酸鹽類（

5、硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）結晶在不同電磁場大小作用下的影響。（一）在室溫（30）下配製硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液並且過濾。（二）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，作為對照組，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。（三）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，放置於自製電磁場容器中並連接3伏特的電源，開啟電源作用4小時後，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況，並與對照組比較。（四）將自製電磁場容器的電源改成6伏特與9伏特，重複步驟三。三、探討含磁性離

6、子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）結晶在電磁場作用時間不同下的影響。（一）在室溫（30）下配製硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液並且過濾。（二）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，作為對照組，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。（三）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，放置於自製電磁場容器中並連接3伏特的電源，開啟電源作用1小時後，靜置於抽風櫃中24小時，觀察其結晶狀況。（四）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿

7、上，放置於自製電磁場容器中並連接3伏特的電源，開啟電源作用4小時後，靜置於抽風櫃中24小時，觀察其結晶狀況，並與步驟二、三所得結果進行比較。四、探討含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）結晶在不同電磁場方向作用下的影響。（一）在室溫（30）下配製硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液10ml並且過濾。（二）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，作為對照組，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。（三）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，放置於自製電磁場容器

8、中（磁場方向與蒸發皿平行）並連接3伏特的電源，開啟電源作用4小時後，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況。（四）用滴管將硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鈉、硫酸銨亞鎳的飽和溶液各15ml吸至蒸發皿上，放置於自製電磁場容器中（磁場方向與蒸發皿垂直）並連接3伏特的電源，開啟電源作用4小時後，靜置於抽風櫃中12小時後，觀察其結晶狀況，並與步驟二、三所得結果進行比較。伍、研究結果一、含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）在不同溫度的飽和溶液在常溫下的結晶情形。（一）當溫度與室溫溫差越大時，結晶顆粒越小，容易形成碎晶。當溫度與室溫溫差越小時，各粒子的結晶顆粒越大

9、，也越容易形成完整的結晶。（二）硫酸鈉粒子在60之前的結晶狀況與其他粒子大致相同，但在70的飽和溶液結晶卻出現大顆粒的完整結晶。（三）因30的飽和溶液與其他溫度的飽和溶液相比，較易產生完整結晶，故本實驗所配置的硫酸鹽類溶液均為30的飽和溶液。表一：各硫酸鹽類在不同溫度的飽和溶液在常溫下的結晶情形溫度3040506070硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳二、含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）在不同電磁場大小作用下的結晶情形。（一）由各粒子在不同電磁場下的結晶狀況可以發現到，硫酸亞鐵的結晶在沒有電磁場作用時，呈現黃褐色；在有電磁場作用時，結晶的顏色則

10、偏向黃綠色，顏色有明顯的改變。觀察其結晶的周圍有黃褐色的鐵離子的分佈。在其他粒子的結晶並未發現到此一現象。（二）利用motic images2.0測量蒸發皿上完整結晶佔總面積的百分比（表二）時，可發現硫酸亞鐵的完整結晶所佔的比例會隨著電磁場強度的增加而增加；硫酸銅、硫酸鈉與硫酸銨亞鎳，在外加電磁場越大，其形成完整結晶佔蒸發皿面積百分比則是下降或無法形成完整結晶。表二：不同電磁場大小作用下各硫酸鹽類完整結晶佔蒸發皿面積的百分比硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳0伏特0%10%100%10%3伏特6%2%0%2%6伏特7%6%0%3%9伏特8%3%0%2%表三：不同電磁場大小作用下各硫酸鹽類的結晶情形

11、使用電源電壓0伏特3伏特6伏特9伏特硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳三、含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）在電磁場作用時間不同下的結晶情形。（一）由各粒子在電磁場作用時間不同下的結晶狀況可以發現到，硫酸亞鐵的結晶在沒有電磁場作用時，呈現黃褐色；在有電磁場作用時，結晶的顏色則偏向黃綠色，顏色有明顯的改變。觀察其結晶的周圍有黃褐色的鐵離子的分佈。在其他粒子的結晶並未發現到此一現象。（二）利用motic images2.0測量蒸發皿上完整結晶佔總面積的百分比（表四）時，可以發現到硫酸亞鐵的完整結晶所佔的比例會隨著電磁場強度的增加而增加；硫酸銅、硫酸鈉

12、與硫酸銨亞鎳，在外加電磁場作用時間越長，其形成完整結晶佔蒸發皿面積百分比則是下降或無法形成完整結晶。表四：電磁場作用時間不同下，各硫酸鹽類完整結晶佔蒸發皿面積的百分比硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳0hr0%10%100%10%1hr4%8%0%3%4hr6%2%0%2%表五：電磁場作用時間不同下，各硫酸鹽類的結晶情形磁場作用時間0小時1小時4小時硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳四、含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳）及不含磁性離子的硫酸鹽類（硫酸銅、硫酸鈉）在不同電磁場方向作用下的結晶情形。（一）由各粒子在電磁場方向不同的作用下的結晶狀況可以發現到，硫酸亞鐵的結晶在有電磁場作用（平行與垂

13、直）時，結晶的顏色則偏向黃綠色，顏色有明顯的改變。觀察其結晶的周圍有黃褐色的鐵離子的分佈。在其他粒子的結晶並未發現到此一現象。（二）利用motic images2.0測量蒸發皿上完整結晶佔總面積的百分比時，可以發現到，在電磁場方向與蒸發皿垂直時，硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳與硫酸銅的完整結晶所佔的比例大於電磁場方向與蒸發皿平行時。而硫酸鈉的結晶則無法觀察到此一現象。表六：不同電磁場方向作用下，各硫酸鹽類完整結晶佔蒸發皿面積的百分比硫酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳平行6%2%0%2%垂直7%10%0%9%表七：不同電磁場方向作用下，各硫酸鹽類的結晶情形磁場作用方向磁場方向與蒸發皿垂直磁場方向與蒸發皿平行硫

14、酸亞鐵硫酸銅硫酸鈉硫酸銨亞鎳陸、討論一、由表一可以發現30的飽和溶液與其他溫度的飽和溶液相比，較易產生完整結晶。我們認為造成此一現象的原因是於飽和溶液的溫度與室溫的溫差所造成。因為當溫差越大，溶液冷卻的速度越快，會造成有鹽類析出，卻來不及結晶的情況。故本實驗所使用的飽和溶液為30硫酸鹽類的飽和水溶液。二、由表二、三、四、五，可以發現到電磁場的大小與作用時間，對於硫酸亞鐵的形成完整結晶有幫助。當電磁場越大、電磁場作用越久，硫酸亞鐵的完整結晶就越多。而硫酸亞鐵溶液外加電磁場後，除完整結晶增加外，其結晶的顏色呈現黃綠色與未加磁場的結晶顏色不同。外加電磁場後，硫酸亞鐵結晶外緣有黃褐色的線條出現。這些現

15、象均顯示外加電磁場後，溶液中的亞鐵離子會受到電磁場的作用影響，造成其結晶時的差異現象。而硫酸銨亞鎳、硫酸鈉與硫酸銅在未加磁場時，完整結晶較外加電磁場後的結晶顆粒大且多，顯示外加磁場對於硫酸銨亞鎳、硫酸鈉與硫酸銅等硫酸鹽類的結晶有負向的影響。三、由表六、表七可以發現，在電磁場方向與蒸發皿垂直時，硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳與硫酸銅的完整結晶所佔的比例大於電磁場方向與蒸發皿平行時。顯示電磁場方向對於硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳與硫酸銅形成完整結晶均有影響。進一步分析硫酸亞鐵、硫酸銨亞鎳與硫酸銅其完整結晶的長軸方向（如表八）可以發現到，硫酸亞鐵的完整結晶在電磁場方向平行蒸發皿（磁場方向為南北方）時，其長軸方向集中在

16、南北、東北-西南以及東南-西北；當其電磁場方向垂直與蒸發皿時（磁場方向為上下），其長軸方向以東北-西南最多，但東-西、南北、東南-西北等方向也都有分佈，顯示硫酸亞鐵結晶的確受到電磁場影響。而硫酸銨亞鎳與硫酸銅完整結晶的長軸方向，無論電磁場方向在南北方或上下，其長軸方向皆均勻分佈，顯示硫酸銨亞鎳與硫酸銅結晶情況與電磁場的關連並不大。表八：不同電磁場方向作用下，各硫酸鹽類的完整結晶之長軸方向分佈百分比東-西南-北東南-西北東北-西南硫酸亞鐵磁場方向：南-北0%20%40%40%磁場方向：上-下16%18%16%50%硫酸銨亞鎳磁場方向：南-北25%33%25%18%磁場方向：上-下30%30%20

17、%20%硫酸銅磁場方向：南-北40%60%0%0%磁場方向：上-下30%17%41%12%硫酸鈉磁場方向：南-北無完整結晶磁場方向：上-下無完整結晶四、由上述各點可以發現，雖然硫酸亞鐵與硫酸銨亞鎳均為含磁性離子的硫酸鹽類，但在電磁場的作用下，硫酸亞鐵的結晶情況受到磁場的影響較硫酸銨亞鎳大。由於鐵與鎳均為鐵磁性材料，但在外加電磁場後，硫酸亞鐵的結晶情況卻與硫酸銨亞鎳不同。我們猜測原因可能在於這兩種硫酸鹽類的結晶晶型不同，造成在電磁場作用後，會有不同的結果產生。柒、結論我們利用電磁場大小的不同、電磁場作用時間的不同與電磁場作用的方向不同等變因，探討電磁場對於含磁性離子的硫酸鹽類與不含磁性離子的硫酸鹽類結晶時的影響。可以發現到：一、電磁場會對於硫酸亞鐵的結晶大小、結晶數目、結晶形狀產生影響。二、電磁場對於硫酸銨亞鎳、硫酸銅、硫酸鈉的結晶影響不大。三、電磁場的方向對於硫酸亞鐵的完整結晶的方向有影響，