化學科

星期天的早上，我和媽媽上菜市場買菜，媽媽買了幾顆擰檬當佐料。嘴饞的我一想到又酸又甜的檸檬汁，口水都快流出來了，於是就要求媽媽多買一些。 到了下午我就親自動手榨檸檬汁，先把檸檬洗乾淨切成兩半，再放入榨汁器中用力的壓，臨時找了一個免洗塑膠杯來裝剛榨出的原汁。奇怪的事發生了，一小時之後，我再拿起塑膠杯，杯子竟然斷成了兩截，這是怎麼一回事呢？ 第二天，我到學校把發生的事告訴鈺婷和家璋，他們也覺得很奇怪，怎麼會這樣？於是我們三個約了時間，一起去找老師，告訴他我們所遇到的事情，老師說這很有趣，建議大家一起來從事一些實驗，探討這一個問題。

在國中化學課本中和熱能有關的實驗單元包括化學反應熱的測量，物質燃燒熱的測量，溫度的高低怎樣影響反應速率以及溶液的比熱（課本把溶液的比熱值都設為 1 cal /goC ，對濃度較高的溶液不太合理） …… 等。物質發生化學反應時常會造成吸熱或放熱的現象，吸熱或放熱的結果會使溫度下降或升高，而溫度的升降即表示物質所含的熱能(或動能)發生了增減的變化。又由溫度的高低會影響反應速率的事實也說明物質的溫度越高時分子的動能就越大，分子的動能越大時，分子的運動速率就越快，因此分子與分子的碰撞機會就增加了，分子的碰撞機會增加，反應速率就加快。由於對這些觀念的瞭解，使我們更想加深一層的探討，物質吸收了熱能以後，這些熱能應該如何分佈在物質的內部？尤其電解質固體（分子狀態）溶於水後它的總熱容量是否會增加？有機化合物的液體分子又是如何吸熱，如何分配所吸收的熱能？這些問題是既新鮮又新奇，因此我們決定對固體、液體及離子做熱能分佈和化學結構關係的探討。

一般燃油並非為單一物質，而是由飽和烴、不飽和烴及芳香烴等組成，由於其組成之成份與比例不同而對油料之性質也將有所影響，我們試用較簡易的實驗方法來探討油料之奧祕。

作者在去年科展中，曾推出「化學小精靈」，由「化學小精靈」的研究中，作者遭遇到一些困難及問題，於是引發作者作進一步研究探討的動機。

FeCl3、Na2EDTA及K3Fe(CN)6的混合液照光後會發生光化學反應，使鐵離子轉變為亞鐵離子，並進一步與赤血鹽反應變為藍色，未照光則無反應。進行實驗時將待測溶液裝入分光光度計測量管中，並以人工光源照射，實驗結果最為穩定。此反應在波長較短的紫外光照射下，速率較快。在酸性環境中，無法發生；在鹼性環境中，pH值越大，反應速率越快。實驗時Na2EDTA的濃度與反應速率無關，但會對顏色造成明顯的影響。除此之外，當鉗合劑為硫代硫酸納、草酸鈉及葉綠素時，溶液顏色變化快速；當鉗合劑為亞硫酸鈉、溴化鈉、酒石酸、甘胺酸、碳酸鈉時，變色速率較慢；而當鉗合劑為氯化鈉、乙二胺時，氯化鈉的混合液經過很長一段時間後才變為藍色，而乙二胺的混合液幾乎沒有什麼變化。

在過去，人們對於「鞣酸亞鐵」的使用，僅止於墨水的製作。對於服用鐵劑來補充亞鐵離子的病人而言，茶類飲料更是一大禁忌；因為茶類飲品中的鞣酸會與亞鐵離子結合形成「鞣酸亞鐵」的沉澱，使得人體無法獲得亞鐵離子的補充。而如今，因為使用在MRI顯影劑的釓離子(Gd3＋)，會造成病人腎因性全身纖維病變，於是我們試著將「鞣酸亞鐵」變身成為新一代的MRI顯影劑。我們利用亞鐵離子與釓離子同樣因具有多個未成對電子(價電子組態Fe2＋：3d6，Gd3＋：4d7 )，而有強順磁性的特性，再加上日常生活中常見的綠茶，來製作新的MRI顯影劑。這個想法不僅符合現代「綠色化學」的環保概念要求，而我們所得到的成果，更是在MRI的顯影上有著意想不到的絕妙效果。

我們經常打開胼乾盒、海苔罐或藥品的瓶蓋時，都會發現堶悼t放著一包裝著一粒粒紅的藍的或白色的小顆粒。而且紙包上還印著“吸濕乾燥劑，請勿食用”等一些字。 由於我們的好奇，激起了一連串的問題，這種乾燥劑怎樣保持物質的乾燥？為什麼有的是紅色，有的是藍色，有的是白色呢？還有為何警惕我們請勿食用呢？……等許多問題不斷的在我們腦海中盤旋著，因此我們為了徹底了解它，便展開了下列的探討。

本次的研究起因於生活中的小插曲－「果汁不小心滴在相片上，相片產生了變化」。而平時自然課老師不斷的提醒要隨時觀察身邊事物的變化，有興趣就好好的研究，因此我們決定找出到底是果汁中的何種成份使照片產生變化。在研究的過程中，我們從實驗中得到了答案，也發現了新的問題，經過不斷的討論與實驗，我們的主要發現如下：一、相片上繽紛的色彩是由紅、黃、藍三種原色所組成。二、相片上這三原色上色的次序先後是黃 紅 藍。三、水果多為弱酸性（pH=4），然因所含酵素種類不同，對相片所產生的影響也不一樣。四、檸檬酸使相片變色的情形是由相片最上層往下侵蝕一層，而水果酵素使相片變色的情形是將相片的三原色直接溶解了。五、將奇異果及鳳梨果汁經高溫加熱後，因酵素受到破壞，對相片產生的影響與檸檬酸對相片產生的變化相同是一樣的。所以我們認為使相片產生劇烈變化的主因是水果中的酵素，而水果中的微酸亦可對相片產生些微的侵蝕效果。但是，研究過程中水果酵素並不易取得，所以我們是以「蛋白質分解酵素」來實驗；如能取得不同水果酵素，相信可進一步加以研究探討。

在 HCl、NH3 氣體擴散的實驗中，我們遭遇多次失敗的經驗，希望能尋求更適合的實驗方式，以探討氣體擴散現象。 於大氣壓力下測量擴散所減少的體積之實驗，不但計算結果具有較高的精確性，而且其裝置便宜易組裝，應為較理想的實驗裝置。其裝置之照片如下：

表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，常縮寫為SERS)可以廣泛應用於生物、醫藥、電化學、環境工程等多種方面偵測分子。利用粗糙金屬表面如奈米粒子，可以放大拉曼訊號，其中奈米銀可以將吸附在它表面的分子的拉曼光譜訊號放大為106~1014倍之多。本研究利用乙二醇還原銀離子，並加入保護劑PVP，成功合成奈米銀粒子，並利用自製銀奈米粒子，應用SERS偵測10-5M的?啶溶液，其訊號值為31345，較市售銀奈米粒子所偵測的2791強上11.23倍，預計可以進一步分析出10-6M、10-7M 甚至更低濃度的?啶溶液，顯示出極佳的拉曼增顯效果。