化學科

科學趣味營中有趣的玩具，激起大家研究「鼻涕蟲」的好奇心。由查詢資料、蒐集、測試特性，發現半液體形態的「鼻涕蟲」是利用膠水和硼砂結合成一網狀結構的透明、果凍狀物體。透過黏性、彈性、展性、延性、透光性裝置的測試及混合程序、濃度、溫度、不同環境、不同溶液、析出與再製的變因控制，我們發現：（一）膠狀物及澱粉類與硼砂作用，可以有類似膠水與硼砂作用的效果。（二）硼砂水濃度越高，鼻涕蟲的彈性越好；反之，則鼻涕蟲的黏性與延展性較佳。（三）提高鼻涕蟲的溫度可以讓彈性及延展性變好。（四）在開放的環境裡，時間越久鼻涕蟲的彈性變好，不過其他性質會降低；在密閉環境裡，鼻涕蟲沒有明顯變化。（五）在酸性環境下，鼻涕蟲無法成型且溶解，再加入硼砂則會形成白色塊狀物。而在鹼性環境下，則會使鼻涕蟲變白、變脆、容易碎裂。（六）水溶性的染料較易將鼻涕蟲染色；具有較佳延展性的鼻涕蟲適合用來吹泡泡。做植物造型選不易擴展的鼻涕蟲，且氣泡越少，植物保存較久。我們發覺許多影響鼻涕蟲性質的原因，同時也了解高分子聚合物受到其他物質的作用，會起鏈結或分解作用，讓鼻涕蟲除了好玩之外，產生學習科學的意義。

為了解決傳統電池污染環境的問題，近年來有許多的研究者以水果作為環保電池的材料，不但解決了製造電池過程污染的問題，甚至在使用過後還能做堆肥，為大自然再貢獻一份心力。如何使這樣的電池更為實用，有需要不斷的研究與改良。我們運用生活中容易取得的硬幣和鋁箔紙分別當作電池的正負極。兩極之間隔著紗布手帕，其中手帕吸附著市售的飲料調味料和校園植物的萃取液，並以廢棄的藥罐包裹，製造出既環保又有效率的簡易電池。 參考歷屆科展雖已有不少相關研究，但依然無法解開心中的疑惑，尤其是研究的方法，均以水果或果汁、調味料作為電解液，讓人不免有不夠環保的疑慮；而此次研究，增加了校園常見野草作為研究的材料，發現在這些隨手可得的植物身上似乎又找到了一個新功用，提供有興趣者能持續研究。

理化第一章實驗中曾做過食鹽(NaCl)及硝酸鉀(KNO3)溶於水的實驗，討論溫度對溶解度的影響，那時課本介紹水對大部分溶質的溶解度是：高溫時可溶解較多、低溫時溶解較少。當時我們對於硝酸鉀的溶解度隨溫度改變如此巨大感到相當不可思議，從那時候起我們就一直想知道硝酸鉀溶解度隨溫度變化的實際情形是如何！當時老師說：「溶解度隨溫度改變的關係，在科學上有人在研究，並稱之為溶解曲線！而且不同的溶質，皆有不同的曲線！」因此我們很想研究食鹽與硝酸鉀的溶解曲線究竟有何不同，他們的變化又是如何！ 此外我們知道食鹽(NaCl)、硝酸鉀(KNO3)在溶解時為吸熱反應！而氫氧化鈉(NaOH)在溶解時為放熱反應！在理化第七章我們學到吸熱與放熱反應，我們好奇物質溶解時吸熱或放熱是否影響溶解度與溫度的關係，心中懷疑：溶解時吸熱反應的溶質，其溶解度隨溫度上升而增加；放熱反應的溶質，其溶解度隨溫度上升而減少食鹽曲線。要驗證這個假設，我們需要做出食鹽、硝酸鉀與氫氧化鈉的溶解曲線作比較。 PS：老師告訴我們：「過去只知道氫氧化鈉的溶解度很大，但確切的溶解度有多大則很少人測量，我們大概是少數想測量氫氧化鈉溶解度的人喔！值得一試！但是氫氧化鈉是強鹼，具有超強烈的腐蝕性！所以泡製氫氧化鈉溶液時必須格外注意安全！尤其還是飽和的氫氧化鈉溶液！」 貳、研究目的 測量食鹽、硝酸鉀與氫氧化鈉在不同水溫下的溶解度，詳細繪出這三者的溶解曲線，以明白看出三者的溶解度變化趨勢；並藉由觀察其溶解曲線的趨勢以驗證我們的假設：溶解時吸熱反應的溶質，其溶解度隨溫度上升而增加；放熱反應的溶質，其溶解度隨溫度上升而減少是否成立！

去年，升上了三年級，開始練習寫毛筆字「書法」是我們的國粹，同學們學得十分認真，但是一不小心，就弄得頭黑手黑連衣服褲子都黑了，上學期老師准許我們用原子筆寫作業，手和衣服也時常被原子筆沾得藍一塊、紅一塊，洗都洗不乾淨，真使媽媽和我們頭痛極了，於是請教老師，怎麼洗去墨汁和原子筆汁？老師說這是一個好問題，就讓我們一起來做研究吧！

我們以生活中多汁、具酸性的水果做為電解質溶液，利用不同金屬製作電池，發現鋅、銅二種金屬做為電極之電池，其電壓、電流較高，而水果則以蕃茄效果較好，為了攜帶方便，於是加入洋菜製成水果果凍，發現其電流、電壓未降低，且可增加使用持久性，因此製作出可攜帶且不漏液之「蕃茄果凍鋅銅乾電池」。在實驗中，也發現電極面積越大、電極距離越近、及70%濃度可提高電流值，但對於電壓則差異不大，影響電壓最大的因素則是金屬片的種類，另串聯電池可提高電壓，達到啟動電壓啟動電器，並聯電池則可提高電流，延長使用時間，於是我們利用串、並聯使電壓、電流達到電器所需之值，且實際應用於LED燈及鬧鐘，發現可使用長達二十幾天。

本研究採樣自市面上選擇性豐富卻訴求重點各有不同的三大類洗潔劑，分別為第一大類為常見市售且價錢相差甚大的南橋水晶、汰妙無患子及沙拉脫洗潔劑，第二大類為常見標榜天然的黃豆粉、茶仔粉及小蘇打粉狀洗潔劑及第三大類標榜具洗潔功能的自製檸檬皮、柳丁皮及鳳梨皮環保酵素洗潔劑；藉由一連串的實驗檢測並比較三大類洗潔劑的酸鹼值、去油力與去污力，以分析出最適合洗滌餐具的濃度與最佳的洗滌水溫，並進一步檢測三大類洗潔劑使用後廢水的酸鹼度及總溶解固體量、藉由廢水澆灌綠豆並觀察紀錄綠豆發芽及成長的速度，以了解其對環境與生物的影響，進而建議清潔力與環保性兼具的最佳洗潔劑。

在悶熄的蠟燭的實驗中，水位會上升多少？以往都是以「燃燒消耗空氣中1/5的氧氣，所以水位會上升1/5」來說明，並藉由水位上升高度為容器高度之若干比例來加以證明。但常我們探討其中的變因時，除了發現此說法是不恰當的，此外也找出影響水面升降的因素，包括：不同的容器、蠟燭的粗細與長短、火焰的大小以及瓶內溫度的高低等，並發現最主要的因素，是氣體的熱漲冷縮。由於此現象使得瓶內氣體再瓶子密蓋之前因受熱膨脹而逸出瓶外，而且水位在火燄熄滅前會因燭火乎滅忽明而有升降，並於火焰熄滅後瞬間快速上升，充分說明了瓶內空氣的熱漲冷縮對水位的影響。因此我們利用具火槍取代蠟燭，在無空氣逸出的實驗條件下，將點火槍點燃。在假設點火槍釋出的丁烷完全燃燒，二氧化碳在短時間內容溶於水中以及水蒸氣完全液化的前提下，根據實驗所得水位上升的體積分率(1/67)，求出在燭火熄滅後瓶中仍存有9.25%的氧氣。釔結果與文獻所述，利用色譜分析求得的結果(11%)相近。如果我們以點火槍結果，模擬蠟燭燃燒，來對照我們蠟燭實驗的結果，在模擬的過程中，我們設法測出蠟燭燃燒時瓶內的溫度(將蠟燭與容器頂端之中點的溫度視為瓶內的均溫)將因受熱膨脹而逸出瓶外的氣體扣除，又因蠟燭燃燒前後的質量變化極小，無法以天平秤得，故以丁烷燃燒後殘留9.5%的氧氣來模擬蠟燭燃燒後的狀況，並將瓶中蠟燭所佔體積扣除，利用理想氣體方程式求出水位應上升的體積分率為1/6.5，此數據與我們的實驗結果(1/7.7)相近。

市面上的膠水加了硼砂水溶液之後，變成彈力球，吸引同學的眼光。究竟硼砂和膠水間，到底產生了什麼變化，這引起我們研究的動機，於是使用膠水和硼砂以及保力龍膠和硼砂，來製作彈力球，並探討不同配方所製造彈力球的彈性。由實驗結果，我們得到： 水黏土依硼砂濃度的不同，或黏著劑的不同，耐震度和彈跳高度也有所差別。當我們在製作產品時，應該考量到對於產品需求的特性，選擇適合的成份來製作。如果要做鼻涕蟲，可以用膠水和硼砂混合；如果要做彈力球，可以用保力龍膠和硼砂混合。另外我們發現保力龍膠和硼砂混合後，產生極大的耐震性，可以做為其他需要耐震產品的參考，如：可以做成耐震的杯套。

金屬氧化物溶於稀硫酸是金屬硫酸鹽的一種標準製法，也是廣義的酸鹹中和觀念。化學課本第三冊實驗18- 2 舉氧化銅與稀硫酸作用製得硫酸銅飽和溶液後趁熱過濾，置室溫下降低此飽和溶液溫度，得硫酸銅晶體。遺憾者為此實驗並未示知稀硫酸之濃度及體積，以致於在操作過程中常不易製得飽和溶液（Saturated Solution ）置室溫冷卻幾星期亦無晶體生成（見照片）。且稍一不慎，硫酸濃度太高，一下子製成不穩定的過飽和溶液（ Supersaturated Solution ）稍一搖動即刻產生細小晶體，無法製得美麗的三斜晶。對此，令我們感到異常困 惑與懷疑，因而謂示老師，老師說：「懷疑與困惑是踏入科學的試金石」，並以胡適的「大膽假設，小心求證」名言來勉厲我們。為了探討得到三斜晶體適當的稀硫酸 濃度界限，我們幾個人開始著手研究並進行推衍實驗。

目前警察機關採用酚酞法檢驗有無血跡存在的可能性，我們希望研發新的試劑取代酚酞以增加靈敏度、提高鑑識度。研發實驗分為四個階段：一、 定性階段：實驗何種指示劑可取代酚酞法，檢驗有無血跡存在的可能性。二、 定量階段：實驗新試劑與雙氧水之最適比例以及新試劑與血液樣品之反應速率比較。三、 反應機構推論階段：由實驗推論可能的反應機構並由新試劑之結構探討可能的反應機構。四、 靈敏度比較階段：實驗亞甲藍法與酚酞法在不同濃度樣品的比較。實驗結果顯示，我們已成功地找到新的試劑（亞甲藍）能夠取代酚酞。亞甲藍除了較容易配製、顏色不易與血液混淆，且在檢驗有無血跡時，其靈敏度亦較酚酞法高，以上優點證實此新試劑亦可用於初步血液檢驗。