全國中小學科展

化學科

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。

探囊取水-探討雙層膜水膠囊的製作方法、保存方法與各項測試

本研究針對製作水膠囊的方法做測試,突破Ooho的作法,建立最佳雙層膜水膠囊的製作模式,並歸納出製作雙層膜水膠囊的理想濃度為0.5~3.0%的海藻酸鈉水溶液與0.8%、1.0%的氯化鈣水溶液組合。如果浸泡在0.2%氯化鈣水溶液中並冷藏來保存10天,水分的流失率只有6.8%,且不易破裂。至於耐力測試,以1.0%的海藻酸鈉水溶液所製造出的雙層膜水膠囊在耐重力478.2 gw、耐拉力212 gw及耐摔力16.8 cm測試中表現最佳。囊膜分解觀察結果,囊膜面積經過30天,在空氣中可分解至僅剩3.7%,既不占空間又環保。至於水質測試,雙層膜水膠囊水的pH值、總硬度、TDS測試都符合飲用水質標準,大眾可以安心食用。最後飲料膠囊的成功開發,更可以提高大眾接受度,達到環保減塑目標。

香胰子 - 咖啡因製作肥皂的可能性

本實驗使用了有機鹼、無機鹼和生物鹼以及月桂醯谷氨酸來行皂化反應,藉此製作出三種不同的肥皂。這三種肥皂皆以五種比例來製作,分別為酸鹼莫耳數比1:0.9、1:1.2、1:1.6、1:1.85、1:2.1,並進行肥皂性質的測試,分別為pH值、乳化穩定性、起泡性以及表面張力。由於咖啡因皂性質表現不佳,因此由酸鹼莫耳比1:1.85改良了鹼的反應物,製成由三乙醇胺與咖啡因做為鹼的混合皂,再進行肥皂各項性質的測試,並與市售肥皂進行比較。

銅鋅生長之術~探討電解硫酸鋅溶液之研究

本研究秉持綠色化學之精神自製反應槽,並探討電解硫酸鋅溶液之研究。實驗就電極距離(1.0 ~ 2.0 cm)、施加電壓(9 ~ 21V)、溶液濃度(1x10-3 M~1x10-2 M)、不同正極材料和不同金屬溶液(分別包含Zn2+、Sn2+、Ag+、Co2+)進行討論。 當電解硫酸鋅溶液且鋅為正極時,電極距離之倒數和鋅金屬生長速率呈正比。當施加較大電壓時,鋅金屬生長速率有越快的趨勢,電解溶液濃度和在45秒內析出鋅金屬量成正比,也和鋅金屬生長速率成正比。 當電解硫酸鋅溶液且銅為正極時,除鋅金屬析出外也發現銅金屬析出,溶液濃度越高則銅金屬生長位置距離負極越遠。當電解1x10-2 M不同金屬離子溶液時,金屬生長速率快慢為銀>錫>鈷>鋅,而銅金屬生長距負極距離為鋅>鈷>錫>銀。

「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!

開發單寧酸檢測法偵測亞鐵、金和銀離子

近年重金屬汙染問題日益頻繁,許多重金屬檢測方法問世,但大多繁瑣且成本高昂,發展快速且簡便的檢測方法刻不容緩。本研究利用單寧酸與特定金屬離子反應後有顏色變化的特性搭配比色法,同時探討單寧酸與Fe2+、Au3+、Ag+間的配位關係,並藉其開發出簡易、快速且方便檢測環境水樣中金屬離子(Fe2+、Au3+、Ag+)的方法。優化條件下,本方法針對Fe2+、Au3+、Ag+線性偵測範圍分別為0.67-100 μM,0.75-100μM及0.37-100μM,涵蓋環保署水質監測網的監測標準。且本方法於真實水樣(溫泉水、生態池水)中檢測的添加回收率在85%~120%間,符合分析化學領域要求。可見單寧酸作為化學探針為一可信度高、簡便且可用於實際水樣中的檢測方法。期望能推廣至大學以下機構,定期把關環境水樣。

運「鐵」成「峰」──鐵磁流體的製備條件研究與磁場下的流變效應

本研究嘗試製作商用規格,並具備相同流變現象的鐵磁流體。我們收集大量鐵磁流體製作的文獻,但普遍未提到具有良好流變性質成品的關鍵因素。為此我們設計了一套標準製作流程及器材,找出成分比例(鐵源、界面活性劑、載液)和合成步驟(攪拌、酸化、洗滌、乾燥)及反應環境(溫度、空氣)對鐵磁流體的影響。使用ImageJ計算尖峰數。利用SEM、EDS與XRD分析,成功製得粒徑<15 nm之奈米粒子。 製程中是否接觸空氣對奈米粒子的磁性產生極大的影響,未通氦氣保護時酸化pH=2.5-3;而通氦氣保護時酸化pH=4時,具有最佳的磁性。然而酸化至pH=6時化學性質最為穩定。混合水與磁流體時觀察液面產生的特殊現象,尚未被文獻提出。我們稱之為一種新形態的「不穩定現象」。

藍到非晒不可─光雕顯影術,以投影機為例

藍晒的基本原理是檸檬酸鐵銨加赤血鹽的水溶液,日照後形成普魯士藍的沉澱。本實驗則透過穩定可控的光源─單槍投影機,來做為主要的光源,除了可避免天氣因素的影響外,也可投射出各種圖案,我們透過操作感光液的比例、照射時間的長短、投影的顏色,試圖找出光雕投影的最佳模式,此外,也嘗試找出適合藍晒的定色液,以延續產品的壽命。由於開放場域的環境光可能影響結果,我們設計了”迷你電影院”以提升成功率。 結果發現,以比例5:4(赤血鹽溶液:檸檬酸鐵銨溶液)的感光液表現最好,投影的時間則是50分鐘就可以讓感光液充分反應顯色,而利用顏色的操作便可同時完成深淺不同的藍色,最後,以食用醋做為定色液的效果最好,作品既顯色又耐洗。

察鹽觀測-探討溶液中的鹽度檢測

自然課「水溶液」單元,我們好奇怎麼得知溶液中溶質的濃度?鹽是生活中常用的佐料,但鹽攝取過多有礙健康,因此我們決定探討溶液中的鹽度檢測。針對純鹽水,自製比重計、光折射率及通電電流都是可行的方法,鹽的濃度越高,比重計的沉水深度越淺、光的折射角越小、通電電流越大。加了糖的雙溶質溶液,自製比重計、光折射率都會產生偏差,糖的濃度越高產生的影響越大,運用光折射原理的市售鹽度計也一樣會產生偏差;通電電流的檢測方式,糖濃度5%以上,電流會受影響而變小,但當糖濃度5%,通電電流並不會產生明顯影響,因此我們以通電電流來檢測市售火鍋湯底的鹽度,能有不錯的成效。改以太白粉為第二溶質會產生黏滯性,適用的濃度則為3%。

色變~移印幻影-著墨於儀

我們將染布前處理後,墨水樹心染材經煮染及上色時間越久染色效果越佳;染液呈紅色,略呈酸性,加鹼呈紫色、加酸呈黃色,但染布在空氣中置放,漸回復紅棕色。 我們也發現,加入不同含金屬離子的媒染劑會改變染液的顏色,而且前媒染比後媒染的顯色效果佳;後媒染則比同媒染的顯色效果佳。 最後,我們開發出整合手機App辨色的第二代在暗箱光路徑區中測比色槽染液的RGB、染布使用GY-33顏色感測器模組量測,可增加顏色量測的準確度。另外,也終於成功的製造出第四代可調變色燈的吸光儀設計,在十六色燈的感光電壓下,與串接電阻檢測電壓的線性回歸趨勢線的R2值均可達0.99以上,並可依染液選擇色燈,製作出不同濃度的檢量線並定量染布後的廢液濃度,回收再利用。