化學科

本實驗針對布丁的吸水敏感性進行探討，並加入交聯劑改良布丁的穩定性。實驗發現布丁的吸水行為對於環境變化具高敏感性：交聯濃度越高，其吸水率越低；溶液越酸或越鹼，其吸水率越高；磁場強度越強，其吸水率有減小的趨勢。我們先後以「重量增加率」→「溶質滲透率」→「溶質釋放率」曲線討論布丁的吸水模型，並以水合離子團解釋布丁、離子與磁場的交互作用。由於布丁具有「可調控」的吸水性質，因此可以藉由酸鹼值或外加磁場的變化，達到特定區域、特定時間釋放溶質的目的，應用於肥料施放、藥物膠囊、痠痛貼布等，能增加溶質釋放的精確性與使用效率。

家中本來養有一對小白鼠，長得非常可愛，頗得大家的喜愛，可惜有一天，因為弟弟餵養馬鈴薯，幾天後便死去了，當時我覺得很奇怪，我們人類吃馬鈴薯並不會怎樣，為什麼小白鼠吃了就會死呢？因此激起我的好奇心，便去請教老師，老師便把小白鼠致死的原因詳細告訴我，並睛老師指導做如下的實驗。

家鄉河川受到重金屬汙染的消息引發我對於改善重金屬汙染水進行研究的興趣。在這個實驗中，利用乾燥的橘子皮、檸檬皮、香蕉皮和花生殼作為吸附水中重金屬的物質，利用綠豆發芽率作為檢測水中重金屬離子是否減少的指標。結果發現受到重金屬汙染的水使綠豆發芽率降低。以果皮處理受污染的水一段時間後，發現果皮對於某些重金屬具有吸附的作用。其中，橘子皮對於鈷離子和鎳離子的吸附效果最佳；檸檬皮對於鈷離子、鉛離子和鎳離子的吸附效果較佳。香蕉皮對於鉛離子、鎳離子和鋅離子的吸附效果最好；花生殼對於銅離子的吸附效果最佳。但是，儘管果皮可以吸附重金屬，但大部份以果皮處理過後仍然無法使受污染的水恢復到未汙染前的狀況，所以避免人為汙染，才是解決汙染問題的根本之道。

二年級上學期做「水的電解」實驗時，以注射針頭當正、負兩極的材料，我們感到很好奇：如果換成其他金屬不知是否可以？經老師介紹先認識了第四冊「電解硫酸銅水溶液」的實驗，在這個實驗裏，我們瞭解了：「電解時兩極的化學反應與使用的電極材料及電解質有關」。當我們將電解水裝置中的兩注射針頭改成粗銅線後，發現：兩極銅線皆起了化學變化，但是並未看見藍色Cu2+移動的詳細過程；於是請教老師如何才能觀察到離子在兩極間前進的慢動作；老師在回答問題時，該到「電場」，順便提及「磁場」的觀念；我們就想︰既然離子會受電場影響，不知是否也會受磁場影響？因此在好奇心的驅使下，我們首先以有色的Cu2+開始，設計了本實驗。

按理化課木 22 - 3 的伏打電池，鋅銅電池實驗，實驗步驟進行實驗所產生的電流很小，尚未達到 1mA ，看不出 〝 通電 〞 的效果，再加上學校廢棄的易開罐（鐵罐）隨手可得，因此希望能改進實驗，使得伏打電池更簡便，更持久，於是在老師指導下進行了下列研究探討。

一天中午，在學校吃過午飯，我拿出媽媽給我準備好的水果(番石榴)來吃，我想一個人吃不好意思，於是拿出削鉛筆的刀子洗乾淨，把番石榴切開，分給幾個同學吃，妻好後才發現它的切面有噁心的黑色變化，我們都不敢吃，不知道那是不是有毒，於是請教老師，為什麼切開的番石榴會變黑？可不可以吃？老師就指導我們做一連串番石榴變嘿，以及未成熟時含有澀味的實驗。

本研究從天然的蔬菜、水果，以及可可、咖啡、茶等沖泡飲品著手，確認可可具有絕佳的抗氧化能力，而天然可可豆需經發酵、烘焙等程序後，其抗氧化效果才顯著。 「無糖、無鹼化」之天然可可粉為主要實驗素材，並以間接碘滴定法測定其抗氧化能力，研究結果顯示，沖泡可可粉的濃度越高，抗氧化效果越好；以高溫水沖泡可可粉釋放出較多的可可多酚，亦能增加抗氧化力；在可可飲品中添加物質，常見的加糖、加奶皆無法增加其抗氧化能力；而市售可可飲品因含添加物較多，其抗氧化能力未如純可可粉來的顯著。 因此，寒冬中，自己動手泡一杯熱可可，以高溫沖泡純可可粉，不加糖、奶等添加物， 直接品嚐香純原始的可可風味，是個不錯的養生保健選擇。

本實驗中採用自製的甲殼素吸附金屬離子，發現在0.04M、pH4、25℃、45分鐘時添加了戊二醛的甲殼素對銅離子有最好吸附效果。其中甲殼素在不同濃度的銅離子中，濃度越低對銅離子的吸附量會越少。而在添加戊二醛改質甲殼素以形成網絡型結構方面，隨著戊二醛添加量的增加，甲殼素對銅離子吸附量隨之增加。時間對銅離子吸附量的影響發現，GA2在10到40分時吸附最快速，約在45分時達平衡。在甲殼素克數對銅離子的吸附量影響發現，大約在0.8克時吸附可達平衡。甲殼素在不同pH對銅離子吸附量的影響方面在越偏酸性的環境下吸附效果最佳。

蛋殼膜的主要成份是蛋白質，含有豐富的胺基酸，其結構上的特殊官能基胺基（─NH2 ）和羧基（─COOH）對金屬離子具有螯合作用，而且難溶於水。實驗結果顯示蛋殼膜粉對於帶正電的金屬離子(包括H+離子)以及食用色素，皆能有良好的吸附效果。此外我們發現H+離子與金屬離子存在著競爭關係，在較酸的環境下，即使銅離子濃度比氫離子濃度大100倍時，蛋殼膜粉仍優先吸附氫離子。蛋殼膜粉對離子的螯合能力比較為H+＞Cu2+＞Co2+＞Ni2+。以蛋殼膜粉螯合Cu2+離子而言，最小偵測極限可達10-4M。蛋殼膜粉螯合金屬離子與吸附色素的過程為一個可逆反應，利用較高濃度的酸性水溶液，使反應逆向進行達到再生，再生的蛋殼膜粉仍然具有螯合銅離子與吸附色素的能力。

台灣氣候潮濕，黴菌及細菌無所不在，對健康及環境均造成污染，如何找出有效又經濟的殺菌方法？本實驗緣自2003 年科展成果後續探討，是不是除了在清潔力之外，能找到可以清潔又可殺菌的肥皂配方，一舉二得，給於更深入的延伸目的及發現，進而能做出更有深度的科學研究。本實驗是以天然素材、具環保、成本低且具殺菌力的肥皂為標的。為了使實驗結果更客觀，我們徵求班上同學的意見，選出外觀顏色最討喜的肥皂。綜合本次研究目的及實驗內容如下：(一) 回鍋油皂基添加哪些添加物可增加殺黴菌能力及殺細菌能力？哪一種效果最佳？(二) 把最好的三種殺菌添加物混合，殺黴菌能力及殺細菌能力如何？與沒有混合的比較？(三) 跟市面上印象中具清潔且殺菌品比較，殺黴菌能力及殺細菌能力如何？成本是否經濟？(四) 肥皂裡加入天然色素，能否改變顏色？顏色是否可變得漂亮？對殺黴菌能力及殺細菌能力有沒有影響？歷經十個月的實驗後，本組實驗得到結論摘要如下：(一) 本實驗所有添加物以「回鍋油+蜂蜜+抹茶皂」(以下簡稱蜂蜜抹茶皂)，不論殺黴菌、殺細菌上及使用成本表現最佳。(二) 本實驗自製肥皂，殺細菌能力平均比殺黴菌的能力好，以蜂蜜抹茶皂為例，殺細菌能力是100%，殺黴菌能力是62%。(三) 在殺黴菌能力及殺細菌能力上，比起市面上銷售的清潔殺菌品，本實驗成果(除酒精外)最佳。(四) 給廠商的建議：蜂蜜皂是一個很好的殺菌肥皂(殺黴菌效果50%，殺細菌效果100%)，成本低，顏色也很漂亮，但蜂蜜抹茶皂殺黴菌能力及殺細菌能力最佳(殺黴菌效果62%，殺細菌效果100%)。(五) 用黴菌或細菌作實驗不能涵蓋其他菌種的殺菌力，但因其他菌種取得困難或有危險，如SARS 的冠狀病毒、如禽流感病毒，都無法當成小學生的實驗，但我們可用同樣的科學精神，探討未來更多的研究主題，作更有價值的發現。