全國中小學科展

化學科

1/5 疑惑-悶熄蠟燭實驗的探討

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。

少年起司的奇幻漂流 ~探討牛奶與豆漿的凝乳現象

本研究緣起於想讓吃全素者也能享受吃起司的美味,接著透過文獻探討,再藉由實驗及操作瞭解酸、乳酸菌、凝固劑、加熱溫度及時間等因素對凝乳現象的影響。最後希望能嘗試自製牛奶起司與豆漿起司。透過一系列的實驗操作,我們瞭解牛奶與豆漿的凝乳的特殊現象,在本研究中牛奶的取得佔去高額的實驗經費而豆漿成本較低卻有更多的凝乳量,由此推論若能研究出最佳的豆漿凝乳配方應具其經濟價值;而且豆漿起司的研發也可以造福吃全素者,讓他們享受起司的美味。

燈「糖」入視─糖性質的測定

為了讓添加了糖的飲料喝起來更健康,我們藉由實驗更深入的了解糖的糖度、糖的熱量,也了解到甜度是一種感覺,真正與熱量有關的是糖的濃度。我們藉由討論糖度計的原理,嘗試自製了「簡易折光式糖度計」和「旋光儀」,用來檢測糖的濃度,並以燃燒糖的方式,研究糖的熱量釋放,最後比較含糖飲料的糖濃度與熱量的關係。經由實驗發現以自製的簡易折光式糖度計測量可發現糖濃度越高時,光的折射角度越小,而糖的旋光性效果也會與糖濃度有關,飲料中糖的濃度高時通常熱量會高。

好玩的鼻涕蟲-高分子聚合物與硼砂交聯作用性質之探討

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。

環保來「電」禮—綠色環保電池

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。

“凍”未條!水果在放電~蕃茄「果凍」鋅銅乾電池

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。

沾到墨汁怎麼辦?

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!

清潔溜溜!

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。

少年廷得耳的煩惱……真溶液的廷得耳效應

膠體溶液和真溶液的差別,除了粒徑大小不同之外(膠體::1—1000nm,真溶液: \r 這次研究的實驗總共分五大部分,用實驗的結果來逐一檢視一價和二價離子以及不帶電的粒子,皆普遍出現廷得耳效應的現象。第一部份總共又分兩大系列:一是對許多種化合物以高速離心的方法去雜質之後來觀察廷得耳效應,二是利用揮發原理,將極純淨且易溶於水的氣體,溶於純水,得到帶電離子水溶液,以觀察廷得耳效應。第三部分是利用光度計測出不同價數的水溶液,它們廷得耳效應的強弱比較。從此一實驗除了可推知越高價數的廷得耳效應越顯著外,也可從此實驗確定一、二價化合物都是膠體溶液。第四部分是做吸收光度的實驗,用分光光度計來測出某些化合物在室溫下和接近攝氏100。C\r 的吸光度差別,來證明水團膠體之存在。第三部分是運用同濃度的兩物質(KClO4 和CaSO4;NaClO4 和MgSO4),溶於水解離後,產生質量相似但電荷不同的粒子(K+︰39、Ca2+︰40、ClO4-︰99.5、 SO42-︰96 ; Na+: 23、Mg2+:24、ClO4-︰99.5、 SO42-︰96),在同溫度、同濃度、同電壓下測出電流大小,由電流大小可以先證實二價離子的泳速較慢,推估二價離子外包有比一價離子大的水團,因此比較出一價水團膠體和二價水團膠體的大小,再配合【阻力按斯托克斯(Stokes)定律】,推算出一價、二價水團膠體之面積比。第四部份是做LiCl、NaCl、KCl\r ; KCl、KF、KI 兩系列水溶液導電能力的研究,結果發現導電能力大小竟與分子量無關,表示離子上所附著的水分子數一定非常可觀,而非個位數,間接證明水團膠體的存在。由此一系列的實驗可以證明,幾乎所有的離子和極性物質水溶液都是膠體。 \r 註 1:\r \r 註 2:物理學家算?膠體的大小1—1000nm 是可被可見光明顯散射,而且在小於47nm 的顆 粒下散射能力跟波長四次方成反比,也就是說紫光和藍光的散射能力”極”優於紅光

柳橙汁變可樂—二鉻酸鉀與雙氧水反應系統之探討

雙氧水和二鉻酸鉀是高中課程中常見的氧化劑,那麼二者混合後,究竟是誰氧化誰呢?這個問題引起了我們的興趣,於是著手進行一連串的研究。