实验：乳胶的凝固与硫化

天然橡胶乳胶是马来西亚最重要的材料之一，中五聚合物一章要你理解它所经历的两个过程：凝固，把液态乳胶变成固体橡胶；硫化，改善橡胶的性质。这个实验让你亲手进行凝固，然后比较一条硫化橡胶与一条未硫化橡胶。

本指南给出方法、应预期的观察，以及实验试卷所看重的科学过程技能。

目的

用酸使天然橡胶乳胶凝固并观察其效果；并比较硫化橡胶与未硫化橡胶的弹性与强度。

仪器与材料

• 天然橡胶乳胶
• 稀乙酸（弱酸）
• 稀氨水（乳胶的防凝剂，说明乳胶为何尚未凝固）
• 烧杯与玻璃棒
• 培养皿或玻璃板
• 两条大小相同的橡胶条：一条硫化、一条未硫化
• 一组相同的小砝码，以及挂钩或铁架台用来悬挂橡胶条
• 米尺，用来量度伸长
• 蒸馏水

步骤

1. 把固定体积的天然橡胶乳胶倒入烧杯。注意乳胶里加了氨，它通过阻止凝固使乳胶保持液态。
2. 向乳胶中少量分次加入稀乙酸，用玻璃棒轻轻搅拌。
3. 观察加酸时乳胶发生的变化，持续加入直到形成固体块。
4. 取出已凝固的橡胶，用蒸馏水冲洗，在玻璃板之间压成薄片。这就是凝固的天然橡胶。
5. 要比较硫化与未硫化橡胶，各取一条长度、宽度与厚度相同的橡胶条。
6. 把未硫化橡胶条挂在夹子上，逐一加入相同的小砝码，每加一个就量出橡胶条的长度。
7. 取下砝码，观察未硫化橡胶条是否回到原来的长度。
8. 用硫化橡胶条重复第 6、7 步，按相同顺序加入相同的砝码。
9. 比较在相同负荷下每一条伸长多少，以及每一条是否回到原来的长度。

预期观察

向乳胶加入稀酸时，乳白色的液体变稠，固体橡胶的块状物形成并聚结，留下含水的液体（乳清）；乳胶已凝固成柔软的固体块。在比较中，未硫化橡胶条在给定负荷下伸得很长、手感软，取下砝码后不能完全回到原长，它保持被拉长的状态。

硫化橡胶条在相同负荷下伸得少得多、手感更硬更有弹性，取下砝码后几乎回到原长。请描述这些定性差别，未硫化橡胶伸长多、回复差，硫化橡胶伸长少、回复好，而不要编造精确的长度数值。

推断与结论

乳胶中的橡胶粒子带有相同的负电荷，所以彼此排斥、保持分开，使乳胶为液态；作为防凝剂加入的氨使它保持碱性、阻止凝固。加酸时，酸中和这些电荷，橡胶粒子便不再彼此排斥。

它们碰撞、结合、凝固成固体块。这就是凝固。

硫化则是另一种变化：把橡胶与硫一起加热，使硫原子在长橡胶分子之间形成交联。这些交联把分子固定在一起，所以橡胶不能被拉得那么长，取下负荷时弹回原形，而且更强、更耐热与耐氧化。

结论是：酸使乳胶凝固成固体橡胶，而由于硫的交联，硫化橡胶比未硫化橡胶更有弹性、更强、更耐磨。

科学过程技能（试卷三风格）

陈述假设。 就硫化的比较而言：在相同负荷下，硫化橡胶比未硫化橡胶伸长得少，并且更完全地回到原来的长度。

辨认变量。 在硫化的比较里，操纵变量是橡胶的种类（硫化或未硫化），反应变量是橡胶条的伸长（或它回到原长的程度），固定变量是所加的负荷、橡胶条的原始大小以及悬挂的方式。

为弹性作操作性定义。 弹性以操作方式定义为：取下负荷后橡胶条回到原来长度的能力；回得越完全，弹性越好。

作出推断。 由硫化橡胶条较小的伸长与完全的回复，推断分子之间的交联限制了分子彼此滑动的程度。

沟通。 写出结论，指明过程（凝固或硫化），并从电荷被中和或交联的形成来解释观察，而不只是结果。

安全须知

• 戴安全护目镜，因为酸与氨可能溅出、刺激眼睛。
• 在通风良好的地方处理稀氨水、避免吸入其蒸气，因为氨的气味刺鼻、刺激鼻子与肺。
• 缓慢加酸并搅拌，使混合物不从烧杯中溅出。
• 处理乳胶后要洗手，因为有些人对天然橡胶乳胶敏感。

常见错误

• 加酸太少。 若加的酸不够，电荷未被完全中和，乳胶只会部分凝固；持续加酸并搅拌，直到形成结实的固体。
• 使用大小不同的橡胶条。 拿厚条与薄条比较不是公平检验；硫化与未硫化橡胶条必须长度、宽度与厚度相同。
• 给每条加不同的负荷。 为公平比较，要按相同顺序给两条加相同的砝码。
• 把凝固与硫化混淆。 凝固只是把粒子聚成固体橡胶；硫化则是另一个用硫交联、改善橡胶的过程。不要把它们当作同一过程。
• 未让橡胶条回复就再加负荷。 只在取下全部砝码后才测回复，否则弹性的读数会有误导。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们确保学生把凝固与硫化清楚分开，并能从粒子的角度解释每一个，凝固是电荷被中和，硫化是硫的交联，因为试卷二与试卷三都看重观察背后的理由。天然橡胶是 SPM化学 聚合物一章反复出现的主题，而这个实验所训练的，正是试卷三实验考试（试卷三为实验考试，评估科学过程技能）所评估的那种公平检验比较。

在这里把硫化的比较做对，相同橡胶条、相同负荷、只改一个变量，会建立起你在中五每一个比较实验里都会再次用到的习惯。