全國中小學科展

化學科

青春永駐----探討地瓜葉烹飪之顏色變化

研究發現地瓜葉存放方式及料理方式會影響變色,包括變不綠、變黃及變黑;變不綠、變黃兩項和葉綠素有關;存放時接觸光線、空氣因葉綠素被葉綠素?分解而變黃,若葉子折損,因細胞內水解性單寧和酚?作用而產生褐變;水煮中細胞被破壞釋放酸性物質,使葉綠素脫鎂變橘色,添加鹽或小蘇打可穩定葉綠素,但無法阻止葉子變黑。葉子會變黑是在水煮後靜置才會出現,因此判斷是葉子中的凝縮類單寧氧化所導致,而梅納反應造成的變黑影響較小。\r 凝縮類單寧在空氣中久置會形成紅棕色沉澱;水煮時高溫加速反應,添加亞硫酸鹽類則可以抑制凝縮類單寧氧化。地瓜葉煮後變黑程度甚於其他蔬菜,是因其含有較多凝縮類單寧,而產生之變黑物質具抗氧化能力。

垃圾變黃金~廚房裡隨手可得的滅火器

牡蠣殼、蛤蜊殼、蛋殼、蜆殼等廚房裡的廢棄生物殼都含有碳酸鈣的成分,它們和酸性溶液反應都會產生二氧化碳。酸性溶液的酸度越高,廢棄生物殼產生二氧化碳的量越多。在相同的酸性溶液裡,廢棄生物殼粉以牡蠣殼粉和蛋殼粉產生的二氧化碳量較多,蛤蜊殼粉次之,蜆殼粉最少。廢棄生物殼粉顆粒越細,產生二氧化碳的量越多;廢棄生物殼粉量越多,產生二氧化碳的量也越多。以600ml容積的汽水瓶,設計一個廚房裡最佳比例的二氧化碳滅火器,無論酸性溶液為何,和廢棄殼粉的調配滅火30cm距離最少比例均為小蘇打粉<泡打粉<蛋殼粉=牡蠣殼粉<蛤蜊殼粉,這與廢棄生物殼粉所含的碳酸量多寡有關。

鈣是英雄~骨湯Ca2+ 釋放量之探討

中國人的飲食文化中,骨湯一直被視為餐桌上富含營養價值的佳餚,也是攝取鈣質的良好來源,而骨湯的調味方式千變萬化,要如何才能喝到最多的鈣質呢?我們針對骨湯熬煮的各種環境及調味添加物的關係做一系列的實驗探討。結果發現有效控制熬煮時間、水量及添加適當的調味料,都能有效增加骨湯中Ca2+含量。

「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。

你被捕了—蛋白質?

有一次,我們和同學在家裡的電視上看到一則洗髮精的廣告,上面說洗髮精之中含有百分之八十幾的蛋白質,所以我們對蛋白質產生很濃厚的興趣,我們到了學校以後,我們就去請教老師,老師教我們一些檢驗蛋白質的相關實驗,我們就開始依照老師所說的和書上所寫的實驗一步一步的去探討並研究,在實驗過程中也發生許多令我們百思不解的問題,這就成為我們做實驗的念頭!

膜粒通道---蛋膜粒子通道滲透速率之研究

這是一項以蛋膜為對象的研究,並配合化學課及生物課所學的滲透原理。藉由電導度計測量電導度的變化,間接推得濃度以探討粒子經由蛋膜的滲透速率,分別探討不同濃度的電解質溶液、相同陰離子不同陽離子的溶液、及相同陽離子不同陰離子的溶液,並且探討離子溶液受磁場N、S極、不同位置的影響,以及其他粒子溶液通過蛋膜的情形,加以分析討論。一開始使用電導度計測量實驗裝置一號蒸餾水端的電導度變化情形,研究後發現問題,改善成新的實驗裝置二號,確定它的滲透速率情形。再度發現問題,設計實驗三號,測量離子溶液端及蒸餾水端距蛋膜0 cm處的電導度變化情形,企圖了解各種離子的蛋膜滲透、擴散與磁場的相關性。

另類鋅銅電池---真正不需鹽橋、可充電的鋅銅電池

一般的化學電池除了兩個電極外,需要兩個燒杯內分別放入相關的電解質及一個鹽橋內放入一種可導電但不參與反應的電解質,實在是很不方便組裝,且電流又不大。例如傳統鋅銅電池正負電極分別為3×5cm2Cu片、3×5cm2Zn片,電解質[CuSO4]=0.4M、[ZnSO4]=0.4M,鹽橋[KNO3]=1.0M時,其電流約僅2~5mA、電壓約1.0V,且不可充電,此電池無論在裝置上、功能上都不是很好的設備。 經本實驗的結果顯示另類鋅銅電池有以下優點、特色: 1.當正負電極分別為銅的相關難溶鹽固體(CuO、Cu2O、CuS、CuCl)、3×5cm2Zn片時,僅需一種電解質,不僅鹽橋真的可以移除,無須半透膜、素瓷杯,在該電解質濃度仍為0.4M下,電流即可增加至70~100mA、電壓維持在約1.1V,且可充電! 2.銅的相關難溶鹽固體電極(CuO、Cu2O、CuS、CuCl)的製備方法---燒結法是考慮學校設備、經費下所獨創、可行的製備方法!這是高一基礎化學第一章第一節化學簡史中談論火的使用與容器製作的關係,加上日常生活中焢土窯的經驗讓我們突發奇想的作法。 3.目前此充電電池在0.4 M NaOH低濃度電解液下,電池未充電即自然放電可得70~20mA穩定電流,維持時間約10分鐘(600秒),經1~3次充電後,效能不僅可維持甚至更好,電流可達80~21mA,維持時間更拉長至28分鐘(1680秒)!所以無論是在實驗時的組裝便利性亦或電池的功能如電流大小、可充電性上,都有突破性的創新改善,應可作為將來國、高中的基本化學電池的實驗之一。

化學中的灰姑娘─硝酸銀

在操作理化第二冊實驗9─1時,不小心硝酸銀容易濺到了手及課本,經過一段時間後,沾到銷酸銀的手及課本的紙張都出現了黑色的污點,且實驗中產生的氯化銀白色沈澱稍後亦變成灰黑色,老師說是因為銀離子還原成銀原子之故,但在理化第一冊談到的保溫瓶結構中指出保溫瓶膽處鍍銀以防止熱因輻射而流失,老師提到,這層銀是利用所謂的「銀鏡反應」鍍上去的,然而同樣的銀離子還原成銀原子的反應,為何會有不同的顏色產生呢?種種現象引起我們的好奇,於是便著手實驗,探究原因。

〝紫外〞奇蹟,UV!---紫外線敏化酵素反應之研究

國一課本中「唾液分解澱粉」的實驗,依照課本步驟操作往往要經過半小時以上的等待時間才能獲得結果。而且唾液取自同學的口中,酵素含量及唾液中的成分因人而異,不僅實驗結果可能和預期的相去甚遠,衛生問題也令人堪憂。所以,我們進行課本中「唾液分解澱粉」實驗的改進,希望能加速反應速率並且尋找唾液酵素的替代材料。 根據觀測結果及實驗結論可知:我們的實驗證明 一、 白殼麴菌及小麥胚芽均含澱粉水解酵素可以替代唾液中的澱粉水解酵素。尤其同一活化時間的乾燥小麥胚芽產糖量遠超過白殼麴粉,所以建議利用乾燥的小麥胚芽取代唾液酵素。在使用白殼麴菌時,必須先以溫水(約35℃~40℃)浸泡活化,活化時間在50分鐘~90分鐘最佳。而使用小麥胚芽則需泡水50分鐘,經研磨後使用,對澱粉的分解效果最好。 二、 紫外線可加速酵素分解澱粉的速率,尤其發現UVA紫外線的照度對於酵素有明顯的影響。若貼近UVA紫外線燈,其催化反應效果最佳。此外,亦發現UVC的穿透力極小(無法穿透玻璃及投影片),因此照射UVC應建議直接由溶液正上方照射才不會被容器阻隔。 三、 若加入二氧化鈦當作光觸媒並且照射UVA紫外線燈,則強照度紫外線(貼近UVA紫外線燈),其效果會比只照射弱照度的紫外線更好。此外,UVC紫外線容易被容器的材質所隔離,本次UVC的測試結果無明顯的規律性,有待進一步的確認。 四、 我們所設計的可回收式光觸媒是可促進酵素反應而且是環保、省材料的生物晶片設計。 根據實驗結果,我們建議:將來在進行酵素的檢驗反應時,需要考慮紫外線對反應速率的影響,因為日常生活中紫外線的隨手可得(日光燈、省電燈泡、LED燈…)。反之也可以在以酵素催化進行各項醫療檢驗過程,藉由紫外線及光觸媒促進反應速率,來縮短檢驗時間。

真假難辨—假酒檢測

由於假酒害人的事件頻傳,如何檢測出酒類中是否含有甲醇,避免人們誤食造成意外的傷害就顯得格外的重要。由於現行檢測法過於複雜,所以我們就嘗試使用氣壓改變量來檢測假酒。根據既有之理論,甲醇和乙醇在氧化反應後可變成甲酸和乙酸,而甲酸可進一步氧化為二氧化碳,利用這種特性,可以由氣壓變化反推甲醇的存在。為減少環境背景因素所導致的影響,我們利用靜置待其平衡加以校正。接著以不同濃度的甲醇水溶液做其氧化的實驗,觀察其氣壓與濃度的數值變化之標準檢量線,發現其結果為一線性關係。最後使用市售的米酒與甲醇配成不同濃度比例的假酒,來模擬真實樣品,其結果同樣也是呈一線性關係。由此一系列的實驗之後,我們已確認利用氣壓變化來檢測假酒是可行的,而且相當具有發展的潛力。