化學科

在化學實驗六 〞 銅與硝酸銀溶液之變化 〞 中提到銅片與硝酸銀溶液發生反應，銅片表面會析出光亮針狀的銀晶體，但當同學們做這實驗，將銅片投入硝酸銀溶液中，銅片表面迅速生成一層黑色物質，繼續再生成灰色泥狀（或海棉狀）的物質，就是有針狀銀晶髒也不很明顯，又平常我們看到鍍銀之金屬片或銀片卻是銀白色，不成晶體狀，到底這些不同顏色、形狀的物質是什麼？都是銀嗎？怎樣才能得到光亮針狀的銀晶體？怎樣才能得到銀白色的鍍銀層？這些問題一直困擾著我們，翻閱各鍾課本也皆無交待，因此引起我們探討的興趣與研究動機。

國中理化中介紹 鋅 + 硫酸銅溶液 → 銅 + 硫酸鋅 + 熱量 (固體) (固體) (無色) 係用此化學變化來說明放熱反應。引起我們有一想法就是：這個反應式，是否能同時產生幾種不同的形式之能量呢？如電能和熱能。這個問題引發了我們的興趣，想利用課本中鋅 + 硫酸銅的溶液的實驗來進一步探討化學變化中是否也會產生電能。

我將甲殼素與筍殼碳依7:3、6:4、5:5、4:6及3:7比例混合製成複合物，吸附不同濃度的硫酸銅、亞甲基藍(色素)、硝酸鉀(無機鹽)，複合物不同比例間對於銅離子、色素、硝酸鹽的吸附情形都不同，銅離子甲殼素比例高吸附好，色素碳比例高吸附好，硝酸鹽甲殼素比例高吸附好，但甲殼素價格高而碳的價格低，添加後除可降低成本，還可應各種不同需求選擇不同比例的複合物，而5:5的吸附效果與甲殼素相近，且成本較低，製成片狀易於回收，所以利用價值最高。

為了了解有關蛋白質在溶液中沉澱的現象，我們研究了這幾個因素對牛奶沉澱的影響：1.pH 值、2.不同鹽類溶液、3.不同牛奶濃度、4.奈米黏土存在時。發現牛奶本身是酸鹼，且大部分的蛋白質等電點在pH=5.9。同族離子，隨著電荷密度的上升，達等電點所需的離子濃度就越低。同行離子，尚須再考慮水合能的效應。對同離子而言，牛奶濃度越高，所需的離子濃度越低。但若牛奶濃度越高，沉澱與溶液的顏色非常不分明，故牛奶濃度不可太高。筆者所用的濃度是5%和10%的牛奶溶液。奈米級黏土與蛋白質的反應機構主要是經由離子吸附來達成凝集沉澱的目的,發現奈米黏土的電離子吸附效率比一般的離子要高出好幾百倍,只要10~30ppm 就可以達到凝集沉澱的效果。筆者以顯微鏡看奈米黏土作用的現象，證機構的正確性。展望將成果應用在工業膠體廢水處理。

我們做此科展的目的，是要設計一個可以邊電鍍、邊測量質量的儀器，我們希望這個儀 器是簡便、精確、且線路簡單，並且能推廣到教學的器材。經過我們不斷改良，終於完成了 「便利質量電鍍器」。 其中製作微量天秤和線路的配置方法，是本研究的重要部分。微量天秤的主要結構是吸 管、鱷魚夾、及線路。微量天秤的構想，是參考以前的科展作品並加以改良，可精準測量到 0.00010g，而裡面的線路，則是我們的創意（如圖一）。只要把電源供應器的正極，接上左右 任一鋼條，負極接到容器另一端，並加上一個鱷魚夾，夾上被鍍物，便是一個可邊電鍍，邊 測量質量的儀器了！如此一來，我們就能以此儀器來作我們以下的實驗。 我們實驗目的在探討電鍍時不同金屬、不同時間、電極大小及電壓，對正極金屬片所減 少質量的影響。 最後，我們推導出一個有關電鍍時正極金屬片質量變化量的實驗公式。為此，我們也要 做許多次、許多種的實驗，來驗證我們的公式是否正確，並以我們所學的理論來推論。

近年來，國外的資訊教育、資訊文明有相當的發展，國內正急起直追，有關 C.A.I( Computer Assosication Instruc- tion ）電腦輔助教學，使用微電腦，應用於高級中學，數 理科之教學方面，由教師艮好的 course ware 設計，可以在終端機前，適應學生學習之們別差異，給予適當的鼓勵，鑑定學習障礙之所在，並予學生一個研究發展之方向，因此使用微電腦來輔助教學，自是有其時代性。平時在教學之餘，研究電腦，深覺有必要使用微電腦輔助學生、教師。使資優的學生能發展並學習更有用的內容，資質差者有機會診斷其學習困難所在並予補救，如此之教學媒體，實屬必要，且為教師當務之急，遲進行此項 C.A.I 單元設計研究。

研究中主要是利用簡易的化學反應製造出含金粒子的磁性奈米粒，能應用在生醫、環保等多種領域，故此高反應性的磁性奈米金粒未來發展潛力無窮。 根據 分別改變 Fe2+和 AuCl4− 的莫耳數比、加氨水前的反應時間、等比例下反應濃度等變因，製成最佳型態的磁性奈米粒。並將產物浸泡於帶氫硫鍵的p-Nitrothiol Phenol( PNTP )中，再以拉曼光譜儀測試磁性奈米粒外層金粒子所鍵結的PNTP 含量，比較出可參與反應的金粒子數；實驗後發現固定四氯金(Ⅲ)酸濃度時，硫酸亞鐵溶液濃度越高，平均產量愈大，但含金量下降；而 Fe2+和 AuCl4− 的莫耳數比固定時，反應的濃度會影響磁性奈米粒的型態；加氨水前反應時間愈長，平均產量變動不大，但含金量先上升後下降。

目前大部分有機實驗使用的催化劑為貴重金屬，例如Pd, Pt, Ag等，成本高且使用後難以回收，因此，我們研究於將奈米銀粒子合成在濾紙上的技術，使用微量移液管直接將定量硝酸銀溶液滴於濾紙上，其後利用浸泡NaBH4還原奈米銀粒子，所合成的金屬奈米銀粒子的反應表面積較大，具有良好的催化性質。此外，利用合成奈米粒子於濾紙上，濾紙反應完僅需洗淨烘乾，附著於其上的奈米粒子即可再進行催化，達到可重複使用的效果，避免一般有機實驗催化劑無法重複使用的狀況，減少資源浪費。 我們藉由4-NP(4-硝基苯酚)→4-AP(4-氨基苯酚)有機反應，經化學動力學探討觸媒紙催化效果，製備較一般催化劑低成本、製作簡易、催化效果佳且可重複使用的觸媒紙。

本研究以孟宗竹、苦竹及麻竹三種竹材，經微觀實驗得知350℃(一次碳化)前脫出物以水及竹醋液為主，由滴定試驗測得一次碳化之竹炭水pH=7.69 小於市售竹炭水(pH=8.30)\r ；因BET(54.7㎡/g) 較小，使每克竹炭除氯量僅有0.001克 ，且焰色試驗不明顯，故進行二次碳化750℃(1)。麻竹含水率低(14.3%) 但結構鬆散(0.22g/cm3)\r ；苦竹雖結構緻密(0.43g/cm3) 但含水率高(30.1%) ，兩者體積收縮率大(25.13%及23.11%) ，皆不適合燒製竹炭；孟宗竹含水率較低(10.7%)\r 、體積收縮率小(19.29%) 、結構緻密(0.42g/cm3) ，可得較佳之竹炭。由焰色試驗及原子吸收光譜測試結果證實竹炭水中含有Ca2+、Na+、K+ 等離子，但Ca2+與Na+顏色相近，因此先以Na2C2O4\r 使Ca2+沉澱，再進行焰色試驗以確定Ca2+存在。由HCl 滴定試驗得知二次碳化之竹炭水pH=9.60且BET為195.2㎡/g，使得除氯量較大(0.021克)，因此得知竹炭不但可放出鹼性鹽類，也可吸附Cl-，使pH值上升；由一次及二次碳化後之竹炭外表長寬變化推知，一次碳化屬纖維間空隙，表面積較小；二次碳化屬纖維內斷裂，表面積較大，這可由表面積\r 測試結果(54.7㎡/g,195.2㎡/g) 得到驗證。

由於現代人物質生活的提升,大家飲食習慣的改變使得減肥幾乎變成大家口號,最近在報章雜誌及第四台的廣告中正流行著一種標榜生物科技的瘦身產品，他強調不用改變飲食習慣，照樣大吃大喝，卻依舊能保持窈窕身材。還有許多健康叢書和專家學者述說它的神奇功效，它就是chitosan(甲殼素或幾丁胺醣),在一次偶然的機會看到老師正在服用甲殼素的產品,而馬祖又擁有豐富的海底資源，更驅使我們想了解甲殼素的神奇功效,並加以深入探討。