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化學科

『冰清欲結』-探討不同條件溶液結冰時溶質匯聚現象的差異

我們發現有些水溶液結冰後會推擠溶質到中央匯聚成顏色較深的區域,但有些溶液卻不會,到底是什麼原因造成此現象的差異?於是我們操縱各種變因來觀察它們對溶液結冰時溶質匯聚表現的影響。 實驗發現並非所有的濃度都會匯聚;不同溶質的匯聚情形也不同;溶劑所含雜質越多匯聚效果越差,且結冰後氣泡分布也各有特色;上下等寬的容器呈角錐狀匯聚,下窄上寬的容器則為柱狀匯聚;先結冰的地方會推擠溶質到後結冰的地方且結冰速率越慢匯聚程度越好;最後我們利用保麗龍包覆+重力方向來控制結冰順序使冰晶推擠力達到加倍的效果,再透過自製離子濃度檢測器發現冰塊中溶質匯聚區的濃度並非均勻一致,而是依結冰的順序而有低、中、高的「濃度梯度」現象。

揭開薑汁撞奶的神秘面紗

薑汁撞奶會產生凝固是牛奶中的酪蛋白與薑汁蛋白酶發生反應,酪蛋白濃度需要達到10%以上才會形成完整的塊狀凝固。乳清蛋白具有較高的熱敏感性,牛乳加熱產生的奶皮,推測可能是乳清蛋白。奶精蛋白質含量很少,離心後在溶液上方有類似脂肪的物質,易造成身體的負擔。脂肪含量會影響薑汁撞奶,少了脂肪便少了疏水性,不容易形成凝固。不是每ㄧ種薑都能與酪蛋白產生凝固反應,薑汁蛋白酶含量才是關鍵。薑汁蛋白酶活性會受到高溫破壞,耐熱溫度約60℃以內;種植年份越久的薑,薑汁蛋白酶含量越多,產生凝固反應時耐熱溫度越高。發芽的薑仍具有薑汁蛋白酶,新芽如同嫩薑,幾乎沒有薑汁蛋白酶。將製作順序顛倒,把薑汁倒入牛奶中不會有明顯的凝固情形。

神奇的奈米光觸媒(TiO2)Magical Nano-Photocatalysts

近十幾年因為工業化後,河川及海洋常遭受工廠排放的廢水所污染,因此本實驗擬將奈米光觸媒照射紫外光後會產生氫氧自由基(OH‧)攻擊(氧化)有機物的特性應用於染整業廢水之脫色及曠化處理上。研究中採用染整業者常用的黑色偶氮性染料(Reactive Black 5)作為模擬染整業的廢水;光觸媒反應器中的奈米二氧化鈦(TiO2)光觸媒則採用台灣光觸媒公司所生產的光觸媒水溶液;照光方面則選用波長最接近可見光的UV-A(365nm)的燈管來模擬太陽光。實驗結果顯示在酸性環境下的處理效果較中性及鹼性佳,在pH=3 時,總有機碳(TOC)移除率可達到80%,且色度移除率接近100%。

暗箱來找「茶」—利用自製暗箱偵測溶液的抗氧化能力

本篇利用改良過的暗箱及裝設光敏電阻,研究哪些變因會影響魯米諾的化學發光亮度。實驗結果顯示,氫氧化鈉、赤血鹽、過氧化氫及魯米諾的濃度,會影響魯米諾的發光亮度。魯米諾在低濃度時,濃度與發光亮度成正比,而抗氧化劑會抑制魯米諾的發光亮度,我們利用此特性做出單寧酸和維生素C濃度與發光亮度的檢量線,進一步判斷紅茶及綠茶在回沖數次後,紅茶及綠茶的茶水內抗氧化劑的相對含量。另外我們發現葡萄糖對魯米諾最大發光亮度有增敏現象,利用此一性質做出葡萄糖與發光亮度的檢量線,希望藉由此實驗開發出檢測人體血糖濃度的方法,作為糖尿病的檢測依據。

愈熱愈涼快

利用電解池的導電性會隨著溫度的改變的特性,將電解池串聯風扇後,製作出一個 簡單的溫控風扇。在室溫較高時,溫控風扇能發揮出近85%的轉速,提供使用者涼爽的 環境;隨著溫度的下降,使用者不需要很強的風力時,風扇也會自動降低轉速,為使用 者省下更多的電能。我們不用花大錢買新的溫控元件或買新的全自動風扇,也可以讓「不 管是懶人還是窮人」,都可以輕鬆省錢、省電、救地球。

真的「甲」不了----自製模組式微型化學裝置測定溶液中甲醇的含量

本實驗中除了由醇、醛、酸之性質與氧化還原反應的觀念,來探討甲醇與晶紅酸指示劑的呈色反應,並以簡單的器材自組微型化學反應模組光學裝置,試圖找到較簡易且準確性佳的方法來分析乙醇溶液中的甲醇含量,實驗結果顯示,甲醇在磷酸酸性條件下,先被高錳酸鉀氧化成甲酸,在加入晶紅酸亞硫酸試劑溶液時,甲酸先被還原成甲醛,而晶紅酸亞硫酸鈉指示劑具有選擇性,只會與甲醛反應可生成紫紅色產物;同時在以所自製之模組式微型化學反應裝置於飲用酒中甲醇偵測的應用中,對甲醇最低的偵測極限為 100ppm,低於 1000ppm 之安全容許值。分析結果誤差值在 10%以內。

這邊高來那邊低 … 滲透壓之探討

在暑假時參加科學研習營,當中有一個有趣的雞蛋滲透壓實驗,當時引起我們濃厚的興趣,甚至互相比賽看誰的上升高度大。到高二上學期學了滲透壓這一單元,在老師的指導下,更清楚了滲透壓的理論基礎,可惜教科書上都找不到有關這方面的實驗,於是我們便興起了自己來研究的念頭。

電荷、離子數與滲透作用

「滲透作用」是專指水分子通過半透膜的作用,水從水分子濃度高的區域自由通過 半透膜到達水分子低濃度區域,此現象與擴散作用相同,本實驗研究主題有(一)就電解質 與非電解質,探究影響滲透速率的變因。(二)討論在「強電解質離子溶液」中的離子數、 離子所帶電荷數、離子水合程度與滲透作用的關係。(三) 滲透作用在日常生活的應用。

一『碳』究竟-探討製備廚餘電池之條件

各項液肥六週發酵後溫度、pH值變化不大,pH值不影響電壓與電流。經A菌發酵果渣、黃豆渣之電流與電壓較高,黃豆渣有異味,因此不挑選。三週發酵果渣A菌液肥添加3克幾丁聚醣有較高的電流、電壓,以之製備廚餘電池之電解液。奈米碳管複合材料與其他極板組之電壓、電流較弱,鋅-銅、石墨棒-鋅組較高;以鋅-銅(Zn-Cu)、石墨棒-鋅(C-Zn)組,經2組串聯,使LED燈泡發亮,3組串聯驅動時鐘、手錶。改良後電解液為發酵三週「果渣+鹿角萵苣」液肥,電極以備長炭-鋅(WC-Zn),1組可驅動時鐘及風扇,節省空間、備長炭可吸附異味;以石墨棒-鋅(C-Zn)、鋅-銅(Zn-Cu)為電極,2組串聯驅動時鐘及風扇。

化學反應的觀察與反應速率實驗的研究

國中化學對於化學反應的觀察與反應速率的探討,通常是採用肉眼直接觀察的方法。它只能夠讓學生大致的瞭解化學反瞧前後的差別。至於反應期間的變化情形,則較少討論。再則,就我們的經驗所知,化學反應時的性質改變,除了發生沉澱物或產生氣體的情形以外,還有顏色深度的改變,顏色的突然改變或 PH 值的變化。各種不同性質的改變應有其適當的觀察方法。因此我們研究按照化學反匯時各種不同的性質改變,分別設計適當的實驗方法來觀察化學反瞧的情形並且探討變因如何影響反應速率。