全國中小學科展

化學科

蒸氣分子與香氣分子的邂逅

香草之所以受到大家喜愛,主要是此類植物因具有芬芳氣味之故。而水蒸氣蒸餾法是精油萃取最常用的方法,因此為了解精油在何種條件下,可以有效的萃取出精油,並將油水分離完全。因此,選擇自然課授課內容的蒸餾法為主題,將植物的精油萃取出來。本實驗以香茅草葉、迷迭香葉及薰衣草花為實驗材料。以水蒸氣蒸餾器萃取精油及精露。多次實驗結果發現(1)精油必須在特定蒸氣壓及冷凝溫度條件下才能餾出來。(2)不同的冷凝溫度及蒸氣壓條件會影響精油的萃取量和品質。(3)香氣分子被蒸氣分子餾出後,必須急速冷卻,冷卻溫度越低萃取量越多,品質也較好。(4)熱源火力越大則蒸氣壓越大,精油及精露萃取量就愈多,火力過大精油品質反而不佳。(5)不同的植物,精油的含量亦不同,但精露萃取量只與火力大小有關。相同的火力下,精露的萃取量接近(6)由實驗中設計出新型有效的油水分離器,可以輕易的同時分離不同比重的精油。

媽媽的絕招

端午節的時候,媽媽把一大把的白色紛末,放入糯米包的粽子中,煮出來的粽子,不但色澤黃裡透亮,而且又 Q又好吃。當天下午媽媽又用湯匙裝了一小匙,放入魷魚盆中浸泡魷魚,沒出來的魷魚不但魚體變得很大,而且煮出來的魷魚,又脆又 Q,我覺得好奇妙囉!這粉末是什麼呢?這塵神奇!它下到食物裡,我們吃了是否有害呢?我就去問老師,老師說它叫硼砂,吃下身體後,是否阻礙生長,危害健康?我們一起來研究吧!

海中的蒸蛋烤蛋塔

本研究發現食品施加鐵鹽與魯米諾檢測液的螢光反應可直接測定攝氏150度烘培環境下梅納反應是否明顯發生,這套方式將可有助於食品工廠針對梅納反應的快速檢測。而藉由孟塞爾比色帖的比對則可間接判別梅納反應褐化的程度。不同風味的梅納反應需要不同種類的蛋白質和醣類的參與,有時甚至需要多種反應物共同作用。 海洋當中鐵鹽有助於梅納反應的進行,並且可以產生鐵錯合物,這有助於沉積物當中鐵和碳的固定以及汙染物質的去除。淡水河河口與北海岸的表層環境因為有機質的累積以及水體中所攜帶的鐵質,因此或許有可能可以發生天然的梅納反應。但這些有待後續研究做更多的驗證。

青菜在家─探討青菜變黃的原因與解決方式

經烹煮過的菜會變黃是正常現象,一般會加入食用小蘇打使便當青菜保持翠綠,但往往隨性添加,容易攝取過量的鈉。不同蔬菜對於溫度反應亦不同,經實驗得知,青江菜相較於地瓜葉及空心菜較不易變黃,可減少用量。因高溫且密閉的環境易造成變色,煮菜時應避免蓋上鍋蓋、減少加熱時間並盡快食用。由可見光譜得知在加入小蘇打後,葉綠素在藍光區的最大吸收峰會由430~480nm移至410~420nm,產生新物質,顏色看起來較為鮮綠。若要使用小蘇打可酌量並在煮過後過水,且避免用在較軟的青菜上。

大吃一「晶」—探討藥物分子料理鐵劑晶球的緩釋作用現象

本研究利用海藻酸鈉與鐵離子螯合交聯形成的分子料理鐵劑晶球,來進行探討鐵離子的緩釋作用現象,我們設計一部自製 「3+1管」晶球量產製造器,來精準控制晶球的大小、硬度,並量產晶球,及比較二價亞鐵離子和三價鐵離子晶球的成型差異,與影響晶球緩釋速率的因子。由實驗研究重大發現: 發現一:硫酸亞鐵晶球,軟爛扁塌不易成球型;而硫酸鐵晶球,可成球型且彼此不易沾連,適合做為探討藥物分子料理鐵劑晶球的緩釋作用對象。 發現二:光波長400nm最適合做為硫酸鐵鐵劑晶球,緩釋鐵離子濃度吸光度測定標準。 發現三:晶球內鐵離子濃度愈高、晶球化時間愈久、緩釋時間愈久、緩釋液溫度愈高、緩釋液愈酸或愈鹼,皆會使硫酸鐵晶球緩釋出的鐵離子量增加。

浮沈子與擴散

理化課本 6 - 3 , 6 - 4 提供了簡易的實驗來說明擴散運動。但我們也從觀察中發現了下列疑惑:(一)紫紅色的KMnO4溶液加入水中,究竟是由於重力(密度大)下沈擾動而擴散,還是由於分子的「布朗運動」而自由擴散?我曾把KMnO4置於下層,再緩緩加入水,結果隔了一天仍無法擴散完全。這和以課本作法所得時間相去太遠。(二)有很多果汁使用前必須搖一搖,足見溶液梯度可存在甚久,不易擴散(三)當KMnO4變淡是否代表擴散之終點?擴散速率如何去定量和比較?(四)當鹽溶液為無色時,有無簡易的方法可觀察並定量擴散現象?(五)液體的擴散機制和氣體擴散有何異同?為何跌打膏藥溶劑的選擇非常重要? \r 我決定利用本校學長所發展出一系列的分析方法,設計適合的實驗器材,以解答心中的疑惑。

簡易方法測定溶液蒸發壓

在高中化學第一冊第五章,我們首次接觸到「溶液蒸氣壓」,它立刻挑起了我們濃厚的興趣,但實驗課本中沒有任何一個有關溶液蒸氣壓的實驗,於是我們找了一些測量蒸氣壓的方法,如下圖(一)、(二): \r \r 但方法(一)中,需使用真空幫浦,成本較高。方法(二)中,水銀裝置暴露於空氣中,因此我們測量蒸氣壓對溫度的關係時,水銀蒸氣容易逸出而造成汞蒸氣污染。因此我們想出一種既簡便又安全的方法來測量溶液的蒸氣壓。

『薑』湖傳說­薑黃素光降解特性之研究

本實驗發現有效的水質淨化劑:薑黃素。過去薑黃素常被中醫用來治療牛皮癬等細菌引起的皮膚疾病,並且照光時效果越好,根據本實驗我們發現了薑黃素的光降解現象。 薑黃素的光降解作用在酸性環境下效果有限,在鹼性環境下光降解效果顯著。在高溫沸水中薑黃素不易分解,但在充足氧氣與光源下有較佳的光降解效果,並且也發現日光燈有比紫外燈(短波:254nm)更好的分解效果,供應越多氧氣光降解越顯著。薑黃素也有良好金屬螯合作用,可與金屬形成穩定錯合物,達到水質淨化的目的。 本實驗找到具有可以殺菌、吸附金屬與對環境無害的水質淨化劑,並且我們也將其製作成有用的產品,希望可以提供人們在金屬光觸媒選擇外,另一種較安全、無害的方式。

見光死-不同變因對變色反應的影響

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。

費先生的堂表兄弟姐妹朋友

Fenton反應是雙氧水被亞鐵離子催化產生自由基的過程,藉自由基強烈的氧化能力,可氧化許多有機物,常用於處理工業汙染物。本實驗試著找出是否有其他金屬離子能引起類似Fenton反應(Fenton-like)的效果,藉由環境染料在光譜儀中測量其吸收度,如果染料氧化在特定波長下吸收度會改變,想藉此量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的情形。但實驗中發現金屬離子可能與染料發生反應。所以我們再使用碘光度法:碘離子被氧化成碘分子並於水中生成三碘離子,使溶液呈黃色,並藉特定波長吸收度上升多寡或氧化速率來量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的效果。最後發現在pH = 7中鈦離子(IV)及鋁離子有比亞鐵離子更強的催化能力。