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。

在第三十四屆全國科展中，蒙幾位教授的細心指導與鼓勵，使我們在國中階段利用課餘時間，針對以前的結果，經驗繼續研究。

去年發生豬隻口蹄疫後，政府大力鼓吹離牧政策，而雲林縣麥寮鄉更是養豬業盛行；學校隔壁就有許多豬舍，時常可聞到陳陣豬糞味。我們好奇的問老師：「豬排泄物是否會造成污染？又附近小河中魚蝦不見跟它們有關係嗎？以前不是會拿人的排泄物當肥料，那麼可否也拿豬的排泄物當肥料呢？」

將不同濃度的氯化鈉溶液分別放在上下層，因濃度差發生擴散現象。正、負離子帶著相反的電荷，以不同的離子遷移速度進行同方向擴散，會形成正負離子電荷分布不均現象，引起各溶液界面薄層中出現電雙層，產生類似電化學氯化鈉電容。正負離子在溶液中遷移速度是不同的，Na+和 Cl-離子兩者電量相等，但是Na+離子半徑較小，在水溶液中Na+電荷密度大，離子水合半徑大，在水中移動的阻力愈大，所以Na+離子遷移速率比Cl-離子小。設計特殊八通道電極，在不同濃度氯化鈉水溶液擴散層，沿垂直方位擺置八個電極，連續偵測離子擴散電荷產生的電位差，由垂直方位電位值的變化趨勢，探討Na+和 Cl-離子擴散的運動模式，由實驗數據可觀測到微觀離子相對運動情形。

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。

我們在自然課所學到鐵是屬於磁性物質，可以被磁鐵吸引，經過實驗得知，原來還有其他很弱的磁性的物質，比如水。所以我們設計一個實驗裝置，利用水的反磁性使水面產生凹陷的特殊效應(摩西效應)，漂流物會自動從固定位置慢慢移動靠近這個凹陷半徑，當漂流物的移動速度急遽加快時，表示漂流物進入凹陷半徑。藉由此數據推導出不同水溶液的凹陷半徑，可以知道在水分子內的一些微觀現象。

在國中二年級的時候，理化第一章談到精鹽的精製。老師帶領我們做實驗，精鹽經溶解、過濾、蒸發、結晶後得到了一顆顆晶瑩剔透的小顆粒，老師告訴我們那就是「晶體」，也就是平常所食用的「精鹽」，這是我們第一次接觸「晶體」。後來升上國三，在新的科目 ─ 〈 地球科學 〉 中，老師談到「礦物的特性」一節時，介紹水晶是一種形狀固定的二氧化矽，老師說這也是「晶體」。再次的接觸，讓我不禁想到，從我們吃的食鹽，到台灣西部的砂岩、頁岩，這一切的結晶，究竟是如何形成的呢？其間又受何影響呢？

將鋅片與銅片以導線相連，放入硫酸水溶液，照以前參考書的說法，鋅極因進行電化學反應、失去電子故不產生氫氣僅銅極產生氫氣。而現在的課本改為鋅極與銅極皆產生氫氣。於是我們親自進行此項實驗，發現鋅極的產氫量、產氫速率皆比銅極快許多，因而進行以下實驗，探討置換與電化學反應。一、改進集氫裝置：藉由改良自製集氫裝置，探討置換與電化學反應間產氫速率的變化二、改變硫酸水溶液濃度：藉改變此溶液濃度，了解其對產氫速率之影響三、更換不同的金屬片：了解不同金屬片組合的置換與電化學反應間產氫速率的變化四、加入三用電錶：定時監控，並利用電流算出導線中流通的電子數五、利用pH計：測量反應前後的pH值差異，計算產氫量與消耗[H+]的關係

春節時，阿姨帶小表妹到家裡來作客，媽媽削了一盤頻果請他們吃。沒多久，我發現蘋果都變成褐色了。我問媽媽是不是蘋果壞掉了不能吃？媽媽說削皮的頻果本來就會變褐色的，沒有壞掉，好像是一種鐵質的氧化作用喔！我覺得納悶不解，於是就去問自然老師，沈老師說，你們不是剛學過「兩種氣體」這個單元嗎？我們可以自己製造一些氧氣來試驗、探討它的原因，找出到底是誰在作怪？於是我們就在自然老師的指導下做了以下的試驗。

本實驗為八年級課程：熱與溫度、氧化與還原的推廣。市售拋棄式暖暖包的主要放熱反應式為：4Fe＋3O2 → 2Fe2O3。實驗方法：利用塑膠夾鍊袋，放入反應物及保水材料後，置入熱電偶溫度計，接著搓揉夾鏈袋並觀察溫度變化。藉由改變反應物（鋅粉）與氧產生氧化還原反應，並搭配課程所學到的控制變因法，分別探究不同反應物間、不同的保水材料(食鹽、沸石、活性碳、氯化鈣)，對最高溫度之影響，再挑出最適合拿來實際應用的暖暖包。