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上圖：新北市新店區獅頭山(小獅山)風景宜人。

 

蠟燭於倒置的廣口瓶內燃燒，瓶外水被吸入的原因到底是什麼？

我上網搜了一下，看看有什麼網友會問這個問題、怎麼問？又有誰會去「半瓶子水」？他們又說了什麼？令我訝異又憂心：這個問題目前在臺灣的科普狀況很糟。

可能糟到不是只有學生二愣子，恐怕很多老師也說不清楚，因為這些網上學生他們說老師給他們的解釋，甚至都已經出成考題了，答案也並不正確。接著，他們提出來的問題被一群同樣是學生的亂答一通，大都沒說到重點且錯誤連篇，最後不了了之，或是提問的人還以為那是對的。

我就不說那些荒腔走板的小孩子胡謅了，我憂心的是怎麼好像很多「老師」都以為原因是「氧氣的消耗」？還列為考題，要學生說，水位上升吃掉瓶內的體積的比例是五分之一？

說氧氣的消耗並非完全不正確，問題在於這麼單純的說，並不能說清問題的本質。我猜就是因為這個解釋不能這麼單純地說清，才導致目前小學教材已經刪除了用這個實驗證明「蠟燭燃燒需要氧氣」，而用別的方式取代了。

蠟燭燃燒雖然會消耗氧氣，但是也會製造二氧化碳和水。這兩個物質的莫耳數不但不會比消耗的氧氣莫耳數少，反而是多！每消耗一莫耳的氧將碳氧化，就會冒出一莫耳的二氧化碳，這部分已經確定是不會減少氣體體積了。另一部分是每消耗一莫耳的氧將氫氧化，就會產生兩莫耳的水蒸氣，因此氣體的體積應該是不減反增！

同溫同壓下，同莫耳數的氣體具有同樣的體積，這個原理當年衍生了出「氣體反應體積定律」，即反應與生成的氣體莫耳數比，會等於體積比。

所以，物質氧化消耗了氧氣，並不是水位上升的直接原因。至於有人發現這點解釋不通，又去猜(猜的人包括老師)是因為「蠟燭加熱了瓶中的氣體，使體積膨脹；冷卻後，體積收縮，所以才吸水」，更不符合實驗所見的現實！如果真是因為蠟燭加熱使氣體膨脹，那蠟燭燃燒加熱的過程，廣口瓶應該會冒泡才對，然而事實上不但沒有，水位反而邊燒邊上升！說什麼蠟燭熄滅後水位才上升，也是自圓其說下的「睜眼瞎話」。

答案：其實是水蒸氣的凝結！

由於瓶內氣溫顯然不是100度C，蠟油中的氫原子一旦氧化成為水蒸氣，又離開火苗，就會迅速凝結成體積「忽略不計」的小水霧！依據理想氣體方程式，100度C的水蒸氣凝結成100度C的水滴時，體積會縮小一千七百倍！吸力超強！

這才是蠟燭於倒置的廣口瓶內燃燒，瓶外水被吸入的原因！

我們應該從這個解析知道：

1.這個實驗不適合用來當作「物質燃燒會消耗氧」的證明實驗，否則是騙小孩、誤導小孩、讓小孩不知道含碳物質燃燒會產生二氧化碳、讓小孩不知道含氫物質燃燒會產生水，越解釋越解釋不清，越教越笨！

2.如果拿純碳去燒，水位根本不會上升！

3.要不然就學拉瓦節去燒鋼棉(不過這個真的很難做，廣口瓶朝上的我操作過，就很難了，廣口瓶要朝下還要潛水，鋼棉怎麼丟進去？)順便緬懷拉瓦節是怎麼變成化學之父的。

4.拿不同碳氫比例的碳氫化合物去燒，水位上升越多的，含氫比例越高。

5.這個實驗可以拿來作為「碳氫化合物的氧化化學式」、「氣體反應體積定律」、「理想氣體方程式」三個東西教完後的統整操作，操作完之後，當成一個專題去討論。

 

附帶一提的是，這個實驗在實務操作上干擾的變因很多，有許多師生將這個專題的各種變因加入後，發現幾乎每個變因都對實驗結果影響，我個人也在這篇文章發表後的數日內反覆操作，發現不同品牌的木炭就會有不同的水位上升程度。這有可能是不同品牌木炭的碳純度不同，天然木炭多少帶有尚未完全碳化的含氫物質，導致水位依然有上升的現象。此外有同好在實驗後分享的內容表示，燃燒物熄滅後水位的確有上升的現象，我也發現了確實存在而且明顯（這點燒木炭的反而明顯，而且燒木炭的，熄滅後水位上升的時間拉得比較長，大概要五到十分鐘。有可能是炭火本身的溫度真的太高了，在罩下的過程中很難避免罩下密度較小的熱空氣團，導致放涼五分鐘後，水位仍會緩慢上升）。

針對「瓶中二氧化碳溶於水，導致瓶內氣體減少、水位上升」一論，我特別用了「汽水」(過飽和二氧化碳水溶液)和「無氣汽水」(飽和二氧化碳水溶液)代替培養皿中的水，發現不但用「無氣汽水」水位上升的現象絲毫不變，就連還在冒氣的「汽水」，也無法阻止水位的上升，可見瓶內二氧化碳溶於水中造成水位上升的因素微乎其微。

 

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