全國中小學科展

化學科

有(氧)運動-製造氧氣初探

在五上的自然與生活科技課程中,我們發現不是只有胡蘿蔔才能與雙氧水產生氧氣,運用學校營養午餐剩餘的水果果皮─香蕉皮、橘子皮,也能與雙氧水發生作用,製造出使用線香檢驗時有明顯助燃效果的足夠氧氣。秉持著不浪費的精神,我們收集了校園植物的葉子,發現多數都能與雙氧水作用,製造氧氣,其中以咸豐草的效果最好,生長位置低矮,學生易取得;30%的雙氧水50cc與1克的咸豐草就可以產生足夠的氧氣,線香檢驗有助燃效果。值得注意的是:不同採集地點的葉子,會影響氧氣製造量的多寡,所以建議選擇日照時間長的植物的葉子,作為雙氧水的製氧催化物。

是誰在作怪??—優格作法大公開

每天上學前,媽媽總是要我喝杯牛奶再走,媽媽說:牛奶很營養,會讓我長得壯壯的; 可是我喝久了就覺得有牛的道,嘴裡還會臭臭的,很不喜歡喝,能躲就躲。有一天媽媽笑咪咪的端出一碗白色像布丁的食物說:「這是媽媽自已做的優格,你吃吃看!」我試試看,又香又濃,淋上各種果醬,好吃極了!媽媽說優格的作法很簡單,一瓶鮮奶加上一包菌粉,搖一搖,擺一二天就完成了,這麼簡單,連我也會。同學說他媽媽也常做,是用鮮奶加優酪乳和砂糖,我們想一定要用這些材料嗎?有沒有其他替代品呢?影響優格形成快慢的原因有哪些?於是我們決定親自研究看看,最好能開發出既簡單又便宜的產品。

肥皂起泡性與水質判別

有一天我去青潭游泳,無意中看見有人在河邊洗衣服,突林叫中山久一齡問翅:「河水和自來水洗衣服,那一種水較省肥皂。媽媽叫我去買洗衣粉,店裏老闆問我要那一種廠牌的?「我說最好的 」老闆就拿了一包肥皂粉給我。「這個牌子,是不是較好的呢?」這些問題一直在我腦中打轉,於是學校分組活動的時候,我提出以上的問題,結果得到老師和我們科學組全體同學的贊同,就利用最簡益的方法,按肥皂起泡性作品質上的試探及水質的判別,下面是我們一個學期內收集 18 種廠牌的肥皂粉,分別以 1 號~ 18號代替各廠牌肥皂,並收集各臘來源不同的水所做的這次試驗。

氫離子濃、溫度與加熱時間對澱粉水解的效應

從生物學上,我們知道澱粉可以經由唾液中酵素的分解而成為簡單的糖,我們也想知道胃液中的鹽酸除了殺菌之外是否可以幫助澱粉的分解?在化學第三冊我們剛學過酸的水解,於是我們請教老師胃液中鹽酸 PH 值人約多少?胃酸是否可以促進澱粉之水解?如果不能,那麼鹽酸的濃度要多少才能使澱紛水解為糖?除了酸的濃度之外,有沒有其他可能影響澱粉水解之因素?因此我們設計了以下實驗。

消失的十字架

關於硫代硫酸鈉與鹽酸的硫沉澱反應,我們收集及參考國內外許多的研究文獻後,文獻中提到奈米硫沉澱的產生,其原因是硫代硫酸根中的硫原子進行自身氧化還原反應所致,其中在動力學的研究中提及,在硫代硫酸鈉與鹽酸的反應中,硫代硫酸鈉濃度對反應速率的影響較為顯著,在反應級數上硫代硫酸鈉為一級反應,鹽酸為零級反應,我們因此假設,鹽酸的濃度對於反應速率的影響有限,因此我們想知道一般的條件下,硫代硫酸鈉與鹽酸在反應中所扮演的角色及對反應速率的影響的程度,此外溫度的變異與反應速率的變化也是我們有興趣的研究課題。 本研究利用Microsoft Excel與自行設計組裝Arduino偵測與計時器,進行硫代硫酸鈉和鹽酸反應速率的實驗,進一步由化學反應速率數據,計算反應物的反應級數與速率常數,探討各項變因對於反應速率的影響。

乙烯水果熟不熟

我們從化學課本及參考資料了解到製備乙烯的方法,再從已知的方法中設計並改良出較佳收集乙烯的方式。製出的乙烯先用點火燃燒證明氣體的可燃性,再用溴水褪色證明的確是乙烯。最後利用強氧化劑(過氧化氫,過錳酸鉀),與乙烯做非勻相反應,可以觀察到高濃度的乙烯和強氧化劑間的反應有明顯的變化,利用此變化的觀察及數據的收集,作為此次研究的指標,來印證乙烯和水果熟成的相關性,進而希望藉此指標(簡單又方便的檢驗方式)作為水果保存的依據,並希望日後能找出簡單又有效的方式提高水果的保存期限。我們選用常見又易於觀察的水果-香蕉,並將上述的兩種強氧化劑(過氧化氫、過錳酸鉀),分別放在密閉容器中,在室溫下,希望氧化劑能反應掉香蕉所釋放的乙烯氧體,或降低乙烯濃度,以期達到減緩香蕉外表熟成(香蕉外表變黑)的目的;沒想到過氧化氫超出我們意料(並沒有如預期減緩香蕉熟成)反而是整個外表熟成加速(香蕉外表變黑速度更快),而兩組實驗組(香蕉釋放的乙烯分別在過氧化氫和過錳酸鉀的反應下)與對照組的外表熟成和香蕉內部甜度關係也有些連帶變化,雖超出我們預期,卻又有令人意想不到的結果,因為過錳酸鉀在開始實驗一天後香蕉內部甜度就有明顯增加,而後甜度增加率卻逐日下降!我們再將相同環境下,皆放入氧化劑(分成有香蕉及無香蕉兩組)經香蕉外表熟成後,再分別對剩下的氧化劑做滴定,先排除氧化劑在空氣中自然反應的變因後,發現有香蕉的實驗組與沒有香蕉的對照組的確有些差距,也間接證明了氧化劑的確是有與水果所釋放的乙烯反應。

七彩的白色小球-探討奈米自組裝變項的交互作用

光子晶體製程,是以苯乙烯為單體,十二烷基硫酸鈉為分散劑,過硫酸鉀當做起始劑,提供自由基誘發自組裝聚合反應,形成奈米到微米級的白色聚苯乙烯膠態溶液。將此膠態溶液滴於玻片上,以50~55℃加熱,在蒸散過程中,藉由毛細、界面力作用,自組裝結晶,從無序結構,變成有序的聚苯乙烯光子晶體,透過光照呈現艷麗色彩。由探討製程條件,發現: 1.加熱時間、溫度、單體濃度、分散劑與起始劑濃度,會影響自組裝晶體球尺寸 2.由球體自組裝變項,歸納製程間的交互作用 3.由球體尺寸對色光波長折射,發展簡易尺寸檢測法實驗發現:利用變因間的交互作用,除簡化流程,降低製作難度外,還可調配製造出不同尺寸的聚苯乙烯球,進而自組裝出各種顏色的光子晶體!

靈異照片.

本次的研究起因於生活中的小插曲-「果汁不小心滴在相片上,相片產生了變化」。而平時自然課老師不斷的提醒要隨時觀察身邊事物的變化,有興趣就好好的研究,因此我們決定找出到底是果汁中的何種成份使照片產生變化。在研究的過程中,我們從實驗中得到了答案,也發現了新的問題,經過不斷的討論與實驗,我們的主要發現如下:一、相片上繽紛的色彩是由紅、黃、藍三種原色所組成。二、相片上這三原色上色的次序先後是黃 紅 藍。三、水果多為弱酸性(pH=4),然因所含酵素種類不同,對相片所產生的影響也不一樣。四、檸檬酸使相片變色的情形是將相片的三原色直接溶解了。五、將奇異果及鳳梨果汁經高溫加熱後,因酵素受到破壞,對相片產生的影響與檸檬酸對相片產生的變化相同是一樣的。所以我們認為使相片產生劇烈變化的主因是水果中的酵素,而水果中的微酸亦可對相片產生些微的侵蝕效果。但是,研究過程中水果酵素並不易取得,所以我們是以「蛋白質分解酵素」來實驗;如能取得不同水果酵素,相信可進一步加以研究探討。

美白的秘密~不同成分漂白水特性之探究

我們這個研究主要目的在於探究漂白水的特性,經由調查後發現,市面上販售的漂白水成分標示主要有『次氯酸鈉』、『過氧化氫』、『過碳酸鈉』三大類,比較測試後發現三種成分的漂白水在顏色、味道、狀態及酸鹼性上差異極大。另外,我們亦針對漂白能力進行比較,結果顯示三種漂白水不僅漂白能力差異極大,漂白作用反應的方式亦不同。為了解三種漂白水成分的穩定性,我們針對三種漂白水在接觸空氣、改變稀釋水溫、及照光的穩定性方面進行了測試,實驗發現主要成份為次氯酸鈉的新奇漂白水的穩定性最差。關於漂白水的另一項功用:抗菌性的測試,三種漂白水對黴菌的抑制能力也存在了極大差異。透過本次全面性的研究,我們已經充分了解漂白水的成分、性質、漂白能力及對黴菌的影響等,以下我們將就近一年來的研究成果做一詳細說明。

以Na2S2O3取代Na2S2O5之秒錶反應研究

利用Na2S2O3取代Na2S2O5進行秒錶反應實驗,發現硫代硫酸鈉在酸中的穩定性比焦亞硫酸鈉高,並進一步研究[KIO3]、[Na2S2O3]及[H+]與反應速率(R=-Δ[Na2S2O3]/Δt)之關係,求得反應速率定律式R=[IO3-][S2O32-]2[H+]。另嘗試以光電計時器取代碼錶與眼睛判讀顏色變化的計時方式,結果發現以光電計時器並配合適當反應槽,對反應速率的測量是可行且再現性佳。