化學科

對於第 22 屆全國科展化學科得獎作品『利用溶液導電性觀察溫度對反應速率的影響』，在歷經廿年來電腦科技的日新月異，我們認為在技術上應還有相當的改善空間。所以我們希望能利用電腦錄音程式準確記錄化學反應過程中離子的變化情形，並且希望能找出反應結束的時間點。於是我們利用硫代硫酸鈉與鹽酸的反應改變其溫度與濃度，再將儀器接上並錄音記錄。但是我們發現所錄到的圖形雜訊過多，並且不符合我們的推論：電流越大，振幅會越大。我們推測雜訊過多的原因有：加入溶液時濃度的變化造成雜訊、電腦電阻過大及儀器架設的線路老舊使電流不穩定。於是我們將儀器焊接起來，並運用蜂鳴器的音量變化呈現化學反應過程的電流變化，再利用精密麥克風及電腦錄音程式測量及記錄蜂鳴器聲音變化的圖形。終於發現可以將整個化學反應過程記錄下來，並且能夠在圖形中明確的顯示反應的開始點及結束點。也就是對於離子數目及種類會改變的化學反應，我們已經能利用簡易的電腦設備及靈敏的錄音程式，觀測整個化學反應過程離子的變化，進而精準運算出化學反應速率。這不但改善了目測法的誤差過大，也不必藉助光電比色計法的昂貴儀器耗費。更可貴的是在本實驗中我們的電腦能錄到 0.006mA 的電流變化。在缺乏設備及經費的國中、小，是一項有利於學校對化學科教學及研究發展的新發現。

今年化學組的件數比去年略少，所幸的是除了高中組，其他的表現都不比去年差，高中組因為沒有特別好的作品，其他的也不意分出優劣，所以第一、二名從缺，是化學科評審委員感覺遺憾的事。 本次展覽中的一項優點是很多同學都注意環保問題的重要，即使主題不是在「環保」方面的也考慮了對環境或自然生態的影響。另一項值得報告的是，佳作獎和前三名相當平均於北、中、南和東部各區，也不一定出自所謂的「明星學校」，似表示科學教育普遍程度提高，城鄉差距減少。 科學作品中有一些共同缺點，必須提出，請大家注意一是在數據處理時多未考慮準確度，和有效數字，另一是在測量數值時也多未考慮儀器的正確用法和再現性，特別在不同條件下，差異不多時，如果忽略了以上兩點，可能因而誤導了結論的正確性，希望以後能夠改進。

本研究結合薑黃素與幾丁聚醣，消除水中有機色素與重金屬離子、淨化水質。利用薑黃素光降解、可螯合重金屬離子之特性，並解決薑黃素金屬錯離子在水中無法分離之困擾，結合幾丁聚醣作為環保載體，探討各條件下薑黃幾丁聚醣膜降解有機色素及吸附重金屬離子之效果，使用薑黃泡綿針筒抽濾法，更是直接提高吸附速率與效率。有機染料Black B、Cu2+、Cr6+(Cr2O72-)消除率分別為 99.52%、94.47%、99.17%。 進一步運用分光光度儀檢測原理，以便宜的光電二極體裝置，結合全天然、無毒、生物可分解的薑黃幾丁聚醣泡綿，研發出『高效率、低成本、即時檢測』的一套自製有機物降解暨重金屬離子吸附之自動循環系統，只需循環20分鐘，有機染料Black B、Cu2+、Cr6+(Cr2O72-)消除率分別高達99.41%、94.38%、99.03%，效果極佳。

每年一到春夏雨季時，校園內的各種花朵，如七里香等，經常散發出陣陣的清香，令人感到心曠神怡。可是開花季節一過花香也就消失了。因為我對七里香的味道有所偏好，就想是否能將七里香提煉製成香水，把香味保存下來，便和幾位同學去請教老師，開始了一連串的實驗及研究。

金屬乃是人類賴以生存的重要資源之一，尤其在工業發達的近代，金屬資源開發速率遠超過金屬礦物生長的速率，因此研究金屬腐蝕以期能減少腐蝕所造成的重大損失，也算是資源保育的工作了。於是我們便從日常生活中最常見的錢幣上的綠銹著手，究竟它是什麼？

以巰基苯甲酸異構物（對巰基苯甲酸、鄰巰基苯甲酸）與硝酸銅為反應物，巰基苯甲酸做為配位基與還原劑，採一鍋到底的方式，反應在70℃下30分鐘，可分別合成出粒徑大、分散性差黃色沉澱並有橘紅色螢光的銅奈米團簇與粒徑小、黑褐色澄清液體具有藍色螢光的銅奈米團簇。接著以自行設計的簡易螢光光譜儀分析，橘紅色螢光的最大放射波長為620奈米，在丙酮溶劑中，螢光增強，對pH值有依賴，並在鹽類、鹼性溶液中，非常不穩定，銅奈米團簇會分解，黃色沉澱與螢光消失；藍色螢光的最大放射波長為420奈米，在丙酮、酒精中，螢光增加，另外控制溶液的pH值4〜8與特定鹽類時，可使螢光強度增加，並且穩定性佳，未來具有做為金屬奈米螢光材料的潛能。

本實驗主要利用不同比例的界面活性劑來合成不同型態的鈀金奈米觸媒。並成功在水相以及相對低溫中合成均一度高的奈米粒子。此奈米粒子也擁有成為燃料電池的潛力，在控制成分比例下可調控其催化的表現，並且能達到長時間穩定的需求。實驗過程探討不同型態的鈀金奈米觸媒外，並使用乙醇電催化、CO吸脫附方式以及長時間穩定測試；研究得知不同比例的CTAB及CTAC搭配可以得到合金及核殼型態的鈀金奈米觸媒。電催化測試以核殼AuPd為1：1為最佳，其活性較純Pd高約4.42倍。CO吸脫附可得到觸媒的活性表面積；長時間穩定測試中AuPd觸媒較純Pd有約3.8倍的穩定度及容忍力的提升。 本研究結果有助進一步利用鈀金觸媒改善純鈀在進行乙醇燃料電池上的應用。

件數較去年為少，共初小十件、高小十七件、國中十五件、高中十二件，程度則初小、高小不遜往年；國中、高中則稍差，原因可能是國際科展選拔今年開始單獨舉辨而（部份較優之作品）未參加本屆中、小學科學展覽，應乃一過渡時期的現象，明年可望恢復舊有水準。 本次作品內容和以往一樣生動活潑，中學部分仍多與課本內容相關，小學部分亦仍多與生活相關，希望以後能有所改變，特別是高中部分。 安全問題方面化學組一般良好宜改進的例子有二： (一)利用金魚做有闕環境汙染生物生亡之試臉，有違科學館「用無脊椎動物為原則」之原則，希以後參加科展的同學要注意。 (二)利用唾液做實臉時取樣方法宜注意衛生與安全，例如勿用舌頭舔試紙。

本研究針對飲料中所含之鋁離子及飲料對鋁罐的侵蝕程度做探討；但限於設備與經費，故仍採用傳統的定性分析方法來檢驗各種飲料中的鋁離子；並先做數次的對照實驗，以期提高實驗的準確與可信程度。實驗中使用丁烯二酸鈉來檢驗鋁離子，經過對照實驗證實：以照光觀察沉澱方式，可檢驗鋁離子濃度達 0.27ppm。再配合鋁罐的重量測量，以 Q 試驗與人為取捨兩種方式處理數據；由數據與沉澱現象交叉比對的結果相當令人驚異：在檢驗的飲料中，茶類，啤酒原本就含有鋁；而在測試飲料對鋁罐的侵蝕程度時，在測試前後鋁罐的重量方面除了啤酒與運動飲料外，其餘鋁罐明顯普遍減輕；而飲料中鋁略有增加，連蒸餾水都會溶解小部份的鋁。在影響溶解的因素方面，溫度高，時間長，強酸強鹼都將增加溶解的程度，但接觸空氣與否則對溶解程度影響不大。

量子點以水熱法合成，反應物是檸檬酸與乙二胺，反應條件為150℃、2.5小時，經透析膜純化後，得黑褐色液體。有廷得耳效應，紫外光可見光譜最大吸收波長340奈米，而在紫外燈下，會發出藍色螢光，且螢光放射波長460奈米，是以碳為主要組成原子的量子點。利用牙膏盒、空白DVD片、數位相機、積木與紫外燈，結合電腦軟體Image J分析影像與Excel，自製螢光光譜儀，可測得量子點螢光放射波長450奈米，非常接近實際值。再以自製螢光光譜儀研究，發現量子點在含酒精或離子強度強的鹽類水溶液，如氯化鋇、氯化鈣，螢光強度會增強；水溶液pH值小於5或大於9或在硫酸銅溶液螢光會降低，故需調整溶液pH值在7附近，使螢光恢復。