化學科

據報載台灣特產一茶葉中含有多缺維生素 C，政府鼓勵國人多飲茶，少喝咖啡，以增進身體健康，且可減少外匯，增加國家收入，囚此開始研究合灣所產各種茶業及水果中所含維生素 C 量之測定及破 壞因素。

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。

我們利用不同農業廢棄物進行含銅鎳離子之廢水吸附實驗，並探討影響吸附效率之相關條件，接著討論花生殼有無化學修飾對銅鎳離子吸附效率的差異。比較未經化學修飾花生殼對相同濃度的Cu2+、Ni2+之競爭吸附，結果顯示Cu2+的吸附效率較好；隨著濃度上升，未修飾之花生殼對Cu2+吸附效率出現明顯下降，經重複使用會造成吸附效率的下降；化學修飾處理後則可提高對Cu2+及Ni2+的吸附效率，發現最佳化學修飾條件為溫度80℃、時間120分鐘、85%磷酸與花生殼固液比1:1。研究顯示廢棄不用的花生殼可以用來處理低濃度銅鎳離子的廢水，除發現廢棄物再利用的新價值外，更能協助小廠商落實工業廢水的處理程序，達到保護環境與永續發展之目標。

我們利用敏感度高的奈米級金粒子溶液檢測樣品中特定胺類分子。依據魚類在不同腐敗程度下會釋放不同濃度的胺類分子，且奈米金粒子與胺類分子結合後會因濃度高低改變而影響其粒徑大小，進而影響溶液的顏色，便可藉此檢測魚類的新鮮度。我們加入不同物質以試圖提高試液的靈敏度及準確度，並且發現魚肉隨時間放置愈久，在相同條件的奈米金液中出現明顯的顏色遞變。

彈橡皮筋一直是我最喜歡的遊戲，玩的方法多，攜帶又方便，可是玩過一陣子後，橡皮筋會變得很容易斷裂或橡皮表面像被風乾的裂痕，尤其寒冬酷夏這情形更明顯。於是在好奇心驅使下我請教了自然科學考師，並在老師指導下，我們進行一了下列的實驗。

在吾人教學過程中，有關酸鹼滴定方面，一般高中教材均未提到多質子酸（鹼）的分化滴定，如雙質子酸，順一丁烯二酸，以強鹼在水溶液中滴定，可以明顯地分出兩個當量點；硫釀為雙質子酸，應可分出兩個當量點；磷釀應會產生三個當量點，但根據文獻知，在水溶液中磷酸僅可求得兩個當量點（因磷酸的第三個質子在水溶液中極難游離）而磷酸僅得一個當量點（因 KA1很大，KA2=10 -2 亦頗大）此二種酸若改在適當的非水溶劑中進行滴定，是否能求出磷酸的第三個當量點及硫酸的第二個當量點？又，不同強度的釀或鹼行滴定時，達當量點的PH值皆不相同，若將兩種或數種小同強度的酸或鹼液混合，是否能在不同的 PH 值下，分別被滴定出來？所混合的酸和鹼液，其 PKA，或 PKB。差值在何範圍內可被分別滴定出來，而得一明顯的酸鹼分化滴定曲線？而且有些酸或鹼當其強度太弱時，無法在水溶液中被滴定出來，若改在適當的非水溶劑中進行滴定，是否能得較明顯的當量點？以上這些問題，促使我從事以下的探討：

我們剪下廢鋁罐碎片與硫酸銅廢液進行氧化還原反應，使重金屬離子Cu2＋被鋁還原出金屬銅，即可過濾將固形物集中減廢處理。我們也利用廢鋁罐、廢鐵罐自製出第一代注射針筒式、第二代布丁盒式，發展到第三代果凍杯式的廢鋁鐵電池，雖可當成微形電解電鍍的電源，但要讓LED燈亮或風扇轉動卻很困難。我們接著製作廢鋁空氣燃料電池，過程並不順利，一直到找到了只讓氧氣通過而阻絕水穿透的石墨薄膜，才突破製造燃料電池的瓶頸，製作出具有價值且高功率的實用電池。我們還突破性的發現，以氯化鈉為電解液的鋁燃料電池放電後的分層膠狀物有類似鉀鋁礬膠體功能，其與硫酸銅溶液以2：1體積比的比例，可濾除銅離子，而達到以廢減廢的目的。

老師要我們自製指示劑時，有人煮十幾分鐘，有人用熱水浸泡個一、二小時，又燙又花時間，於是我們想透過實驗找到最佳的時間點，使大家省時又省力。此外熱水的高溫，常讓我們心驚膽顫，深怕一個不小心就被燙到，如果自製指示劑也能像茶葉用「冷泡」的泡出色來，不是更安全更節省能源嗎？最後我們驚喜的發現「紫色高麗菜」的確是冷熱皆宜，而且只要花費10分鐘，難怪教科書都愛用它來製作指示劑。我們還發現用單一材料自製而成的天然指示劑，不像廣用指示劑呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，可分辨出不同的酸鹼值，因此我們更進一步的將課本中提到的材料互相「混搭」，竟然能製作出更好，更精細的酸鹼指示劑，可以清楚分辨pH1.0~12.0（如封面圖），真是讓我們興奮不已！

斐林是被使用超過百年的試劑，惟我們在實驗室中所得的結果(產物顏色)，明顯與教科書不同；且酒石酸鉀鈉大量添加令我們疑惑，搜尋後得知其扮演配位基的角色，故欲了解銅離子與羥基間的配位，故針對下列兩點進行研究。 (1) 產物分析方面： a)斐林試劑分別與甲醛或葡萄糖，在不同溫度下反應，觀察反應狀況並分離產物。 b)以酒石酸鉀鈉添加與否作為變因，探討反應狀況。 c)以定性及定量的方法，比較各反應的產物成分。 d)依檢測出不同時間段的產物，來延伸討論其反應機制。 (2) 配位化學方面： a)Cu2+配位基之配位位置(官能基)，及其配位條件。 b)NaOH在配位產生中扮演的角色。 c)延伸探討NaOH與糖類關係，並加以實用化。