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化學科

「果」然不一定-臺東水果酸鹼性的研究

水果是日常生活中食用的食物之一,每天或多或少都會吃水果,但是吃進口裡的水果到底是酸性、中性還是鹼性呢?我們藉由踏查臺東縣當地種植的水果,以石蕊試紙、廣用試紙和筆型酸鹼度計檢測這些水果的酸鹼值。有趣的是這些水果竟然都是酸性的,酸鹼值的分布範圍從pH 1.94到 6.61。還發現有些水果彼此之間的酸鹼值差異很大,有些卻很小;相同的水果,不同的種植地區及成熟度也顯示了不一樣的酸鹼值。經過這些調查研究,我們繪製了臺東鄉鎮地區水果酸鹼地圖,紀錄常見的水果與地區特色物種的酸鹼值。

皂返有理~探討檸檬酸及檸檬酸鈉在皂垢分解與形成作用中的影響

我們的研究透過自製椰子、棕櫚與橄欖三種性質差異性極大的手工皂,來探討皂垢的溶解與形成機制。實驗中發現只有橄欖皂垢在高溫的水中溶解率稍高,其餘都呈現難溶的狀態。檸檬酸雖對皂垢的溶解效果不錯,但會生成油狀皂渣。若改加入檸檬酸鈉,則可能藉由與鈣離子的結合來促進皂垢(脂肪酸鈣)解離,逆向形成脂肪酸根(皂液),等同於將皂垢的形成過程逆返回去且不會生成油狀物質。最後經過皂液的測試,發現將檸檬酸鈉加入皂體來減垢的可行性,結果發現「檸檬酸鈉手工皂」不只能減少皂垢,且有提升油脂乳化力與去污洗淨力的意外效果。因此本研究發現手工皂中添加檸檬酸鈉是解決皂垢的方法之一,且值得推廣。

海中的蒸蛋烤蛋塔

本研究發現食品施加鐵鹽與魯米諾檢測液的螢光反應可直接測定攝氏150度烘培環境下梅納反應是否明顯發生,這套方式將可有助於食品工廠針對梅納反應的快速檢測。而藉由孟塞爾比色帖的比對則可間接判別梅納反應褐化的程度。不同風味的梅納反應需要不同種類的蛋白質和醣類的參與,有時甚至需要多種反應物共同作用。 海洋當中鐵鹽有助於梅納反應的進行,並且可以產生鐵錯合物,這有助於沉積物當中鐵和碳的固定以及汙染物質的去除。淡水河河口與北海岸的表層環境因為有機質的累積以及水體中所攜帶的鐵質,因此或許有可能可以發生天然的梅納反應。但這些有待後續研究做更多的驗證。

「百」「香」試紙〜「果」然變色

在五上自然課程以紫色高麗菜自製酸鹼指示劑時,蒐集相關文獻得知,有些研究可以將薑黃汁液製成酸鹼指示劑,有的卻無法;還有些同色系的植物汁液可以製成同時檢測酸鹼水溶液的指示劑,有些卻只能製成僅檢測酸性或鹼性水溶液的指示劑,心想也許是因為萃取方式不同或是不同植物汁液所含花青素成分不同,因此以色層分析法來驗證我們的構想,進行一系列實驗後發現: 一、大部分紫、紅、橘色系植物汁液較適合檢測鹼性水溶液。 二、以色層分析法,發現以不同方式萃取出的植物汁液變色成分不同、同色系中變色效果佳 的植物汁液可層析出有效的變色成分。 三、「百香果皮」可製成變色效果佳的酸鹼指示劑,並進一步製成易保存又實用的「百香試紙」。

垂榕葉的類胡蘿蔔素探究與在洗髮精上之應用

研究校園樹種的類胡蘿蔔素含量及萃取方法製成的自製光合色素天然洗髮精。以分光光度計測量類胡蘿蔔素的濃度且計算含量,發現垂榕向陽葉的類胡蘿蔔素含量最高1.01(mL/100g)。經丙酮萃取再以4M氯化鈉溶液鹽析後,可得最高類胡蘿蔔素含量1.70(mL/比對照組增加39%的類胡蘿蔔素含量,能替代二次萃取的丙酮。以 LED燈光照垂榕,發現以藍光1600lux連續光照24小時/日後,可以達到最高類胡蘿蔔素含量變化率58.69%。以校樹 萃取出的類胡蘿蔔素加茶籽粉製成的自製光合色素天然洗髮精,經自製洗髮試驗裝置洗髮後,測量出洗髮水的導電度,發現去除模擬人體油脂量大於市售洗髮精,TDS279ppm,pH5.96呈弱酸,可維持人體皮膚健康,天然環保且成本低、製備容易,未來可應用至洗手乳。

光彩奪「木」—探討不同變因對透明木特性的影響

我們查詢綠建築資料時發現可製造「透明木材」當環保建材,但相關資訊大多是介紹如何做出成品而沒有定量討論不同變因的影響,因此我們開始設計實驗探討不同因素會如何影響透明木的特性,並可將結果拓展至應用層面來推廣此綠建築材料。 實驗發現鹼性亞硫酸鈉法中的氫氧化鈉與亞硫酸鈉是以不同的反應機制分別將木片中的木質素溶解出來,濃度越高、溫度越高效果越好,但氫氧化鈉濃度或反應溫度過高都會有反效果;以極性質子性的醇類當溶劑效果最好,次佳為極性非質子性的丙酮;不同種類去木質素藥劑與木片填充物都可成功製出透明木只是成品特性不同;最後成功製出較厚的透明木得到較強的韌度與較好的隔熱率,為綠建築的應用增加更多可變性。

呷二氧化碳ㄟ電池

本研究探討二氧化碳可以取代氧氣,當作空氣電池運作的氣體,並透過碳粉改質增加吸附二氧化碳的效果,提高發電效能,以研發鋁/二氧化碳電池。設計封裝灌氣的電池盒,測試在不同氣體環境中的發電效能;以蛋塔型電池比較不同碳粉的發電效能與其二氧化碳吸附力的關係;用微波膨脹脫層法和植物色素、化學吸附劑進行碳粉改質。研究發現在少量氧氣時,CO2可以做為空氣電池運作的氣體;備長炭、活性碳適用以化學吸附劑改質,石墨導電性佳,微波脫層後吸附CO2效果和導電性都更加提升,是做電池的好材料。最後研發平板型抽取式鋁/ CO2電池盒,在持續提供二氧化碳下,可驅動小型馬達,且能讓LED燈發亮達12小時。二氧化碳電池可同時將二氧化碳吸附與發電。

不是魔法!用紙中「膜」法創造風華絕「袋」— 以海藻酸鈉薄膜混合自製環保袋

海藻酸鈉水溶液和乳酸鈣水溶液混合後可形成具有韌性的膜狀物質,本研究嘗試利用此特性來製成可分解的類塑膠。首先我們嘗試於薄膜添加其他物質來加強其載重、耐受性,發現到若是在海藻酸鈉溶液中混入紙漿,即能有效增加其載重能力。而後檢核自製薄膜若是承裝不同物質時是否影響其性質,本研究發現鹼性物質會造成自製薄膜結構弱化,以致載重能力變差;溫度對於薄膜載重能力無顯著影響;而接觸油脂類物品,隨著接觸的油量越多薄膜亦呈現弱化的趨勢。考量到此薄膜要能自動分解,我們最終探討薄膜在土壤中的分解速度以及不同環境下的分解速度,相較於塑膠袋,自製薄膜在埋入土壤5天後多能看見部分結構分解情形,且若環境趨向鹼性,分解效率將會越佳。

探討速率及添加鹽類對Antibubble的影響

本次研究探討速率及添加鹽類對反泡泡成功次數與生存時間的影響,我們發現: 一、 成功次數最高的基礎變因為:水與洗碗精重量比100:1,吸管外口徑寬度0.6cm,入水角度垂直水面50度,吸取水量高度離管口2.5cm,吸管距承接液面高度0.5cm。 二、 吸管滴下液體速率在12.2~14.8cm/s之間,可成功產生反泡泡。 三、 滴入的間隔時間及加入食用色素,對反泡泡成功次數與生存時間的影響並無影響。 四、 隨著鹽類的莫耳數增加,成功次數及存活時間都明顯下滑。 五、 最佳成功次數取決於陰陽離子價數,一價優於二價;最佳存活時間長短取決於離子價數與適當的離子半徑。 六、 添加鹽類後,黏滯性並非影響存活時間的主要原因。

「氧」添藏「酵」

在學製氧時,老師說近三十年的教科書多用紅蘿蔔做實驗,直到五年前,各教科書都改用金針菇,原來是第五十四屆全國第一名科展作品的貢獻。金針菇取代紅蘿蔔,是因為用量比較少嗎?還是反應比較快呢?我們很好奇這兩者的差異,希望透過實驗找出更快分解雙氧水的方法。查資料後發現,大多催化劑製氧效果都無法與實驗藥品二氧化錳相比,當然包括金針菇,但是二氧化錳屬於化學藥品,又是重金屬,對環境會造成汙染,要特別處理。經我們反覆研究實驗後,找到酵母菌能取代二氧化錳快速大量製氧,不但只需用低濃度的雙氧水,準備實驗材料又非常的方便便宜,這個發現除了可以用於國小、國中甚至高中的製氧課程,環保又經濟的實驗優勢,相信是無法被取代的!