全國中小學科展

化學科

威錳先生—從錳來看反應速率

在本研究中我們觀察化學變色龍反應,藉由反應時間長短適中、材料易準備及顏色明顯易觀察的優點,我們以化學變色龍來觀察反應速率。我們設計了一套微量實驗,利用滴瓶及24孔盤,使用的溶液體積大幅縮小,至少相差50倍,達到減少環境汙染、減毒減廢,實現綠色化學的目標。另一方面我們利用手機紀錄實驗的顏色變化,並以RGB色彩分析反應速率,利用RGB相對吸收值公式,將誤差值降到最低,結果發現與過錳酸鉀濃度計算的反應速率結果一致。且我們比較利用微量移液管操作與利用滴瓶操作,發現兩種方法的結果接近,證明我們利用滴瓶操作實驗也可達到利用專業器材的準確度因此,我們推薦化學變色龍實驗代替高中化學反應速率。

打破雞蛋「畫」到底-蛋彩塗料配方探討

蛋彩畫是一門古老的藝術技法,但由於材料和環境條件的複雜性,保存是一大挑戰。本研究探究影響蛋彩塗料配方的多個因素,包括雞蛋品種、吸附能力、酸鹼性、抗光性、耐侯性、黴菌生長等。並使用色差儀和小畫家來測量色差值、RGB和HSV等色彩參數,進一步分析之間的差異和特性。研究結果顯示,蛋黃乳液、油類和無機色粉是塗料長期保存的關鍵。水中加入酸性添加物時,色差值變化最小。使用油類可以提高塗料穩定性、耐光性、耐侯性。調配塗料加入醋可抑制黴菌生長,並將畫作放置乾燥、陰暗室內。 與現今常見顏料相比,蛋彩畫材料天然、可再生,調配過程無污染,作品可降解,符合綠色化學理念。因此,本研究為傳承蛋彩藝術提供了相關科學依據。

沉沒試金--黃金串錢柳抑菌防黴抗氧化能力之研究

本研究以校園內種植的黃金串錢柳與茶樹為材料,探討其抑菌、防黴及抗氧化能力。實驗結果顯示 : 黃金串錢柳精油在抑菌效果上優於其他植物精油,且七天後仍有效。經測試,黃金串錢柳精油能有效抑制牙齒及衣服上的原始菌群、單一菌落及大腸桿菌。此外,黃金串錢柳噴灑在布料上抑菌效果優於酒精。防黴實驗顯示 : 黃金串錢柳精油能抑制鞋中黴菌生長,並可取代傳統鞋油。抗氧化能力實驗以DPPH、ABTS、 Folin試劑檢測,結果顯示黃金串錢柳抗氧化效果優於茶樹精油。經液液萃取法、管柱層析法分離精油成分後,進一步測試不同極性成分之生物活性,結果推論其有效成分為偏非極性物質的酚類。

「C u 」「LA」ter, my 「FREUND」—探討海藻酸鈉晶球吸附銅離子的最佳吸附條件及以等溫線與動力學方程式分析吸附現象

我們的實驗延續上次小論文(韓語軒等,2023)[1]以海藻酸鈉晶球吸附銅離子作為研究主題,並比較了各項變因(海藻酸鈉濃度、成形時間、吸附時間、是否搖晃、溫度、吸附之硫酸銅濃度)下的吸附效果,嘗試找出最佳吸附條件。 經過實驗,我們將數據經擬一級、擬二級動力學方程式分析後,以理論的吸附速率回推,得出吸附90分鐘已達吸附極限值的99%;同時繪製出兩方程的線性圖片,比較R2值後判定此吸附更接近擬二級吸附。以不同濃度硫酸銅的結果代入Langmuir與Freundlich等溫方程後,也呈現良好的線性關係,可以用於分析我們的實驗結果。

以自製光譜分析薑黃素含量與硼的螯合反應

本實驗利用自製光譜儀製作出薑黃素檢量線,並與UV-VIS的檢量線做比較,發現自製光譜可有效檢測薑黃素之最大吸收峰值,可檢測出市售含薑黃素產品中的薑黃素含量。另外也以自製光譜製作出了薑黃素與硼螯合反應之檢量線,發現薑黃素與硼的濃度越高,螯合程度越好,效果越佳;除此之外,利用自製光譜也探討了螯合反應之錯合物與水浴時間關係,發現文獻中所提及的水浴並不是必要的步驟,僅需蒸乾即可產生螯合物,但水浴時間越長,螯合物濃度越高,也發現螯合反應後不同放置時間的顏色變化,發現放置時間越久,則螯合物在目標波長的吸光度越低,應是螯合反應之中心原子脫落所致,並用自製光譜及薑黃素的螯合反應,檢測出市售蝦仁與鹼粽之含硼濃度。

神奇藍水瓶

本研究探討藍瓶實驗的動力學以及糖與鹼久置、藍瓶實驗不再變色後會產生黃褐色物質的問題。自製光度計,由電壓變化更能更精確測量亞甲藍濃度隨時間變化。對葡萄糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C6H12O6]1.6[NaOH]0.8[C16H18N3S+]0.8,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 對乳糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C12H22O11]1.6[NaOH]1.0[C16H18N3S+]1.1,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 糖與鹼混合後要立即與亞甲藍反應,久置或高溫可能會有糖的降解或其他反應發生。經由UV光譜動力學分析,在272nm處吸收值隨時間增加而增加,推論乳醣也類似葡萄糖,在鹼性條件下也可能會降解產生低分子量有機酸、醛類和酮,以及形成具有共軛雙鍵的高分子量物質。

高效奈米印跡粒子萃取大葉欖仁液中單寧之特性研究

本研究以FeCl2及FeCl3莫耳數比1:2一鍋化合成MNP粒子並以TEOS包覆矽殼,APTES於表面修飾胺基,單寧為模板分子,丙酮為溶劑脫附單寧後可得對單寧具專一性的 MIP粒子,產率75.73%,由BET氮氣吸脫附曲線知MIP具較窄孔為尺寸均勻的球體。以波長279nm最大吸收度製作單寧檢量線y=13.15x+0.022定量未知液單寧濃度,欖仁葉釋放單寧濃度的條件探討選定吸收度最近1的最佳稀釋比1/5,煮液越久、越高溫釋放單寧濃度越高,且煮液時間與釋放濃度為線性關係,吸附測試過濾效果以Filter最佳,加奈米粒子量越多吸附率增加,達吸附飽和所需量不同,萃取率隨MIP加入量而增加,0.08g為最佳量,萃取率82.634%,HPLC分析欖仁液主成分為單寧,MIP萃取率高達98.97%,並開發新製程MIP粒子合成法高效提升單寧分子吸附率。

樹樹如遇-最佳可視化金屬樹與可視化氧化還原

我們的實驗是極微型綠色化學實驗模組:放在自製拍攝台上、使用手機拍攝倍率5.0倍、載玻片與蓋玻片中間夾0.025mm厚的純銅片、陰與陽兩電極相距10.0mm、陰極上有一高度2.0mm底寬2.4mm的等腰三角形、兩極切割時儘量減少毛邊,加入0.1毫升1.00M的硫酸銅水溶液、通9.0伏特的直流電壓、通電時間210秒內, 就可完成錄影實驗觀察。本實驗可觀察到最佳化的可視化金屬樹生長、最簡易與快速化的可視化氧化還原反應,每次使用反應的溶液量,比一般使用量縮減率200倍以上,其成本低、易操作、立即性 (9秒內就可看到)、可視化、效果明顯、趣味性強、微距的實驗過程與結果,是改進化學在金屬樹實驗及氧化還原反應實驗觀察的重大突破。

探討奈米銀在不同基板上的表現

表面增強拉曼散射SERS在許多領域中被廣泛應用,可提供快速、準確且非破壞性的方法獲取物質的分子結構和化學組成。本研究主要目的為探討不同粒徑奈米銀所製造出的不同結構基板PET對於檢測的靈敏度,藉以選擇合適粒徑與基板,作為應用在不同藥物檢測的基準。 將硝酸銀(AgNO3)加入水中後解離出銀離子和硝酸根離子,加入還原劑檸檬酸鈉,能使被解離的銀離子還原成金屬銀。而根據還原劑的強弱、多寡,以及配製溫度等,都會影響奈米銀粒徑大小。

一日不用,「蘆」隔三「秋」~萃取「蘆薈」與「秋葵」自製植萃乳液之研究

本研究使用蘆薈與秋葵自製植萃乳液,方法有浸漬萃取法、蒸餾萃取法和微波萃取法。比較三種方法,發現以微波萃取法取代蒸餾萃取法,可以達到最佳效率。經氧化還原的碘量滴定實驗,發現秋葵比蘆薈有更好的抗氧化效果。以微波六次萃取法取代蒸餾萃取法的抗氧化效果更好。自製植萃乳液的酸鹼值都介於5~6之間接近市面上廣告pH5.5的乳液。使用蘆薈萃取液的自製乳液水分含量較高,屬於保濕乳液。使用秋葵浸泡油的自製乳液油分含量較高,屬於滋潤乳液。微波萃取蘆薈乳液和秋葵浸泡油乳液都有發展成為防曬乳液相關產品的潛力。依據防曬目的,開發微波萃取蘆薈乳液預防UVA導致曬黑與老化,開發秋葵浸泡油乳液預防UVB造成曬紅和曬傷。