全國中小學科展

化學科

〝紙〞要你動手做

本研究主要探討再生紙的特性,包括再生紙的纖維分佈、厚薄度關係。透過實驗去操作,不同材質再生紙進行染色;製作相同濃度鋁媒染劑、醋媒染劑,觀察再生紙的染色效果;還有不同濃度的鋁、醋媒染劑對相同材質再生紙的染色效果,了解再生紙進行植物染後的顏色變化。

線性歸化-顏色方程式

我們推測紫高麗菜汁中含多種具有指示劑效果的成分,所以想知這些成分在紫色高麗菜汁中所佔的比例。我們先配製多種比例的甲基紅和靛胭脂,並用電腦分析這兩種溶液在所佔比例不同的情況下之色相值,以歸納出一條方程式。另一方面,我們用管柱分離紫高麗菜汁中的成分,並拍攝這些成分在pH1~14的顏色變化,再用電腦分析這些溶液顏色之色相值。最後,將色相值代入先前歸納出的方程式,希望藉此算出其顏色組成比例。舉例:有一成份A在pH3~5呈粉紅色,有另一成份B在pH4~7呈紫色,那麼我們測出紫高麗菜汁在pH4、5的顏色是粉紫色,再代入方程式,即可知多少比例的粉紅色和紫色混合,會等於粉紫色。

又「吸」又「溶」-探討甲殼素的吸附與溶解

本實驗主要探討甲殼素與金屬離子的作用,經過初篩後,選用Cu2+為實驗的主要金屬離子,探討在不同變因下甲殼素吸附Cu2+的能力,改變的變因為CuSO4(aq)濃度、甲殼素的克數以及環境的pH值。 接著探討甲殼素與Fe3+的作用時,發現不溶於水的甲殼素很特別地會溶在Fe3+溶液,因此深入探討Fe3+濃度對甲殼素溶解的影響以及溶解的原因。推測甲殼素應與Fe3+有錯合現象,而甲殼素與Fe3+錯合的結構應與Cu2+不同。 結合以上兩部分,比較甲殼素與Cu2+、Fe3+的結合作用。發現吸附Cu2+達飽和的甲殼素,置入FeCl3(aq)中,有部分溶解的現象。 最後參考文獻(林等人,2012)製作甲殼素膜,實驗發現甲殼素膜對Cu2+有吸附及通透的現象。改變製程,在甲殼素膜中摻雜鐵鹽,發現會增加甲殼素膜對水的溶解度。

探究草酸亞鐵加熱產生奈米鐵粉之方法及其應用

一些有公信力網站記載加熱草酸鐵 Fe2(C2O4)3‧5H2O 或草酸亞鐵 FeC2O4‧2H2O,經脫去草酸根與結晶水後,能生成接近奈米級鐵粉,此鐵粉在空氣中撒落時能看到自燃現象,想重複此實驗卻發現困難,開啟本研究動機。購買台灣製草酸鐵與草酸亞鐵,重複數十次都無法成功製造自燃現象的鐵粉。重購日本製草酸亞鐵,卻能輕易製成具有自燃現象的鐵粉。網路資料重複檢查,發現應只有草酸亞鐵能產生自燃鐵粉。但用台灣製草酸亞鐵仍無法成功,用顯微觀察後發現日本製比台灣製粉末顆粒較細且乾燥。台灣製草酸亞鐵經溶解過濾再烘乾研磨後,可提高自燃鐵粉成功率,用顯微鏡確認鐵粉接近奈米級。進一步利用奈米鐵粉與氧氣反應的特性,成功設計出一個簡易量測空氣中氧氣含量的實驗裝置。

當果膠遇見牛奶

文旦柚皮果膠量、稠度(Consistency)、保濕度、減緩水果熟成為五種果皮最優。柚膠加砂糖可提升各項效果,50ml柚膠加20g糖保濕度最好、減緩水果熟成為不塗膠的1/6,50ml柚膠加10 g糖在高溫70°C烘30分鐘時糖度為33(Brix)黏著度最大,接近市售膠水。果膠可提升土壤的肥沃度、保肥度、保濕度、含水量。設計三種施肥法以粉(奶)水法適合植物生長,相較澆水生長率,生長最優的最佳比例:粉水法0.8g/50ml淺根綠豆苗莖高度長高約6.3%、重量多重約5.5%,深根小白菜葉長快速度約2.3倍。粉奶法5%5ml淺根綠豆苗莖高度長高約20.7%、重量多重約26.3%,深根小白菜葉長快速度約4.6倍。種子以5%5ml埋奶膠法發芽最快速,發芽後以5%5ml粉奶法可縮短收成期。本研究結果值得推廣。

好臉色、真健康?

許多削皮蔬果會因氧化作用產生變色反應,但過程中必須同時具有「氧氣」、「酵素」和「多酚類物質」三個要素。變色情形,隨著果體內的多酚類物質和酵素含量不同,而反應不同。但是一些存在較多澱粉物的果體例外,如:香蕉、地瓜,可能存在其他的影響因素。從實驗中可知,果體受氧化出現褐色的情形,影響到了外觀,並不會影響健康維他命C 的流失,反到可以鎖住營養流失。研究者認為阻止果體酵素受到氧化作用的方式可採: 使用包裹方式隔絕氧氣、改變果體酸鹼值、浸泡在食鹽水、糖水、果汁、維他命C 等液體或處於低溫、 高溫的環境當中等等,都可以達到有效的防止變色。其中以浸泡在3%-4%濃度食鹽水中2-3 分鐘,是最具實用與經濟效果。

不同型態鈀奈米觸媒對直接乙醇燃料電池的應用

本實驗主要利用不同比例的界面活性劑來合成不同型態的鈀金奈米觸媒。並成功在水相以及相對低溫中合成均一度高的奈米粒子。此奈米粒子也擁有成為燃料電池的潛力,在控制成分比例下可調控其催化的表現,並且能達到長時間穩定的需求。實驗過程探討不同型態的鈀金奈米觸媒外,並使用乙醇電催化、CO吸脫附方式以及長時間穩定測試;研究得知不同比例的CTAB及CTAC搭配可以得到合金及核殼型態的鈀金奈米觸媒。電催化測試以核殼AuPd為1:1為最佳,其活性較純Pd高約4.42倍。CO吸脫附可得到觸媒的活性表面積;長時間穩定測試中AuPd觸媒較純Pd有約3.8倍的穩定度及容忍力的提升。 本研究結果有助進一步利用鈀金觸媒改善純鈀在進行乙醇燃料電池上的應用。

中華民國第三十三屆中小學科學展覽-化學科評語

今年化學組的件數比去年略少,所幸的是除了高中組,其他的表現都不比去年差,高中組因為沒有特別好的作品,其他的也不意分出優劣,所以第一、二名從缺,是化學科評審委員感覺遺憾的事。 本次展覽中的一項優點是很多同學都注意環保問題的重要,即使主題不是在「環保」方面的也考慮了對環境或自然生態的影響。另一項值得報告的是,佳作獎和前三名相當平均於北、中、南和東部各區,也不一定出自所謂的「明星學校」,似表示科學教育普遍程度提高,城鄉差距減少。 科學作品中有一些共同缺點,必須提出,請大家注意一是在數據處理時多未考慮準確度,和有效數字,另一是在測量數值時也多未考慮儀器的正確用法和再現性,特別在不同條件下,差異不多時,如果忽略了以上兩點,可能因而誤導了結論的正確性,希望以後能夠改進。

『現代「阿基米德」』驗金術 - 利用電化學電流原理探討合金比例之預測

本研究主要是利用電化學電池的原理,探討不同種類金屬與混和金屬在不同電解液中所產生的穩定電流量,整合並分析電流量的差異,從中得出標準值,且透過修正實驗過程建立研究方法。實驗過程中,除測試純金屬片外,本組亦製作了四類(但其中一類不成功)相同成分不同比例的合金,進行電流測試。 從結果得知,金屬種類與合金比例的多寡在選用的電解液之下,大致呈現出一固定的線性關係,具有數學函數上的意義,則可根據此線性函數,作為測量某未知合金金屬所含有的成分比例之推論。總結上述,我們以純金、18k金、14k金的合金成分比例來做為佐證,同時將此研究方法,稱之為「現代驗金術」。

豐功偉『葉』~做一顆最佳『綠能』可充式行動電池之研究

四上的戶外教學,老師帶我們到風力發電園區參觀,以及看了學校的太陽能板工程,我們才知道神奇的風能、太陽光、熱能都能轉成電能。原來,這些都可以發電,那還有什麼東西可以發電?我們蒐集關於發電的資料,竟發現有種來自植物的葉綠素電池也能發電。由於我們野外也有許多綠色植物,它們享有當地得天獨厚的強烈光能,所以我們也想了解這些綠色植物真的能由光能轉成電能,變成一顆可帶著走的可充式『行動電池』嗎?我們決定親自來嘗試是否能將當地常見的綠色植物製作成一顆電池。