年年高升的年糕化學 傅麗玉 國立清華大學師資培育中心 lyfu@mx.nthu.edu.tw 年糕是春節期間最重要的年節食物。「年糕」有「年年高升」的意涵。年糕的形狀通常是圓形（見圖1），象徵圓滿。臺灣人在過年期間有許多禁忌，年糕也有禁忌，尤其是不可隨便用年糕當禮物送親友，因為根據臺灣人的習俗，家有喪事後一年之內不可做年糕，必須由親友送年糕。此外，炸年糕也千萬不可送給親友，因為臺灣話說炸得「赤赤」的炸年糕和「赤貧」的「赤」發音相同，也被視為不吉利。   圖1：新竹市中央市場各式各樣美味可口的甜味年糕（左）和鹹味年糕（右）（傅麗玉攝，2016） n  年糕的古老做法與文化禁忌 在過去的年代，做年糕是過年的大事，必須全程由家中最年長的女性指導。筆者還記得小時候在臺南老家過年，祖母會帶著家族的婦女們做年糕。年糕製作的過程中，在場的大人小孩全程都要非常謹言慎行，手腳與嘴都要保持清潔，不可以亂說話說笑，否則就無法蒸出平整的年糕。蒸出的年糕越平整，則象徵來年的家中運勢越平順。要先將糯米浸泡水中，然後由一人負責將泡軟的糯米放入石磨中，另一人則負責推動上層石磨，讓上層石磨轉動，而與下層石磨相互摩擦，而將糯米磨碎成米漿的狀態（見圖2）。接著要將米漿放入紗布袋中，用重重的大石頭壓住，擠出水分壓乾。取出紗布袋中的糯米粉塊搓碎成「生粿」，加糖和香蕉油，攪拌均勻。在鋪好紗布的蒸籠裡，鋪上玻璃紙，放進「生粿」鋪平。等大灶上的大鐵鍋中的水沸騰時，將放好「生粿」的蒸籠放入已經裝了水的大鐵鍋中蒸，隨時注意在大鐵鍋中添加水，直到蒸熟，以免鐵鍋乾燒（見圖3）。   圖2：臺南菁寮老街的石磨（左）和傅全家先生示範石磨操作（右）（傅麗玉攝2016，2010） 圖3：在大灶上的大鐵鍋中放上蒸籠（傅麗玉攝，2010） 推石磨是一件非常費力的工作，通常由年輕的婦女負責。那個年代相信孕婦不可以參與年糕製作，也不可以在場觀看，以免犯沖傷到胎兒。這種禁忌應該是對孕婦的保護，不希望孕婦太勞累。小時候大人做年糕時，我最喜歡靠在祖母身旁玩糯米或是玩「推石磨」，不只是愛問東問西，還不時要問年糕蒸熟了沒，最後總是被母親帶離開現場。長大後，石磨這種老工具都已經被電動機器給取代。前些日子無意間在台南的菁寮老街發現了一座石磨，感覺非常深刻。近數十年來，臺灣人過年已經很少在家做年糕，而是從菜市場買現成的年糕（見圖1和圖4）。 n  現代做年糕的簡便方法 現在可以在超市賣到糯米粉，不需要磨糯米，就可以製作年糕。但是要注意可別買到在來米粉，那是用來做蘿蔔糕或碗粿。以筆者愛吃的金棗年糕為例，可用不鏽鋼圓柱形容器、蛋糕模或大布丁模當做糕模。準備年糕紙一張和蒸籠、糯米粉1斤（600公克）、2杯水、砂糖適量以及蜜金棗數個，數量依個人喜好而定。將金棗切絲。在糕模裡鋪上年糕紙，刷上一層薄油。用水煮好糖水，將糖水倒入糯米粉溶解中攪拌均勻，確認完全溶解成膏狀且沒有糯米粉結塊，加入切好的金棗，繼續攪拌，讓金棗均勻地分散在糯米膏中，然後倒入糕模裡，放進蒸籠以大火蒸約90分鐘後，放置糕模裡冷卻，完成製作。 圖4：新竹市中央市場賣年糕的老闆熱心為筆者解說年糕製作方法（傅麗玉攝，2016） n  糯米與年糕相關的化學反應 澱粉分子係由葡萄糖分子互相「手拉手」（α-鍵）構成。但隨著葡萄糖分子互相「手拉手」的方式不同而分為直鏈澱粉（amylose）和支鏈澱粉（amylopectin），其分子結構式見圖5所示。一般澱粉類的食物含有直鏈澱粉和支鏈澱粉，而不同種類的食物所含的兩者的比例不同。支鏈澱粉含量越高，米粒顏色越不透明，煮成的米飯越黏。 圖5：支鏈澱粉分子（左）和直鏈澱粉分子（右）的結構 （圖片來源：由左而右，https://en.wikipedia.org/wiki/Amylopectin， https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Amylose_3Dprojection.corrected.png） 直鏈分子的結構整齊，支鏈的結構排列不規則。支鏈澱粉分子與支鏈澱粉分子的OH基彼此之間會形成許多分子內氫鍵，因而互相吸引。直鏈澱粉的食材比較不容易煮爛，口感滑溜，例如綠豆粉絲（冬粉）。綠豆粉的直鏈澱粉比例明顯高於支鏈澱粉的比例。外觀上，糯米粒的顏色是濁白，在來米粒則比較透白（見圖6）。糯米澱粉幾乎是支鏈澱粉分子，比例約95%至100%。做蘿蔔糕的在來米澱粉中，直鏈澱粉分子約20％至30％。因此，糯米飯比在來米飯更有黏性。在來米做的蘿蔔糕的口感就不如糯米做的年糕那麼地黏彈（見圖7）。   圖6：糯米米粒（左）外觀不透明，而在來米米粒（右）外觀較為透光（傅麗玉攝，2016） 圖7：是用糯米做的年糕（左邊）和用在來米做的蘿蔔糕（右邊）（傅麗玉攝，2016） 年糕的製作是讓糯米的澱粉產生「澱粉糊化」反應（又稱「澱粉α化）。未經加熱的生澱粉顆粒由規則排列的結晶區及具有親水性質但排列不規則的結晶區所組成。澱粉要完成整個糊化過程，必須要經過「可逆吸水」、「不可逆吸水」和「顆粒解體」三個階段。在「可逆吸水」階段，水分進入澱粉粒，體積略有膨脹，經乾燥即可回復澱粉的原貌。「不可逆吸水」是指澱粉在水中加熱，澱粉顆粒吸水膨脹。生澱粉經過加水加熱後，規則排列的結晶區的構造被破壞，澱粉顆粒吸水，澱粉顆粒體積變大，黏度增加。最後「顆粒解體」階段，支鏈澱粉的雙股螺旋結構被解開，澱粉顆粒被破壞而形成半透明的膠體溶液，然後水分子再與葡萄糖分子以氫鍵結合，造成澱粉分子的體積膨脹甚至破裂。「澱粉糊化」讓大分子轉換為小分子，更容易食用。糯米所含的澱粉幾乎都是支鏈澱粉，加熱煮熟後黏度高，在胃中需要更長時間的轉變成食糜，因此糯米食物不適合食用過量，以免造成腸胃負擔。   n  參考資料 1.        左卷健男（2005）。圖解化學超有趣。台北：世茂出版社。 2.        吳嘉麗（2004）。化學、食品與社會。台北：中國化學會出版。 3.        孫寶年（1985）。食品科技。台北：圖文出版社。 4.        年糕年年高，http://blog.yam.com/homeeconomics/article/13709834。[2016/2/116] 5.        陳時欣（2013）。吃米食不迷食。http://scimonth.blogspot.tw/2013/07/blog-post_5223.html?m=1. [2016/3/8] 6.        Homemade Lye from Wood Ash, http://www.aselfsufficientlife.com/homemade-lye-from-wood-ash.html. [2015/2/19] 7.        Wilson, T. V. […]

螺旋狀旋光彩虹管教具設計 廖旭茂1, 2, *、林宸緯1 1國立大甲高級中學2教育部高中化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 化學彩虹管實驗曾經在2015年教育部高中化學學科中心種子教師培訓營的一項教具製作分享，這是國立大甲高中的化學創新教具之一，本影片是由作者在國立大甲高中化學實驗室拍攝，並提供其製作的詳細過程。 影片網址：螺旋狀旋光彩虹管，https://youtu.be/JPkSNM8py-c。 n  簡介 左旋、右旋是日常活中常聽到的化學名詞，旋光是甚麼？如何觀察？這一切必須從光波談起。光波是一種電磁波，其中電場的振動方向稱為偏振方向；當偏振方向凌亂無序的太陽光通過偏光片時，若光波的偏振方向只朝著單獨一個方向，則稱此為「線偏振」（linear polarization）或「平面偏振」。當一平面線偏振的光線通過一個具光學活性的溶液時，偏振面會被偏轉一個角度，此現象即為旋光性（optical rotation）。圖1為旋光示意圖。 圖1：旋光現象示意圖 （圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_rotation） 若將一光學活性溶液（例如果糖溶液）放至在兩片偏光片之間時，平面偏振光的電場會被旋轉。當面向光源時，能使偏振面順時針方向旋轉的物質稱為右旋性（dextrorotatory），而使能使偏振面逆時針方向旋轉者稱為左旋性（levorotatory）。 旋轉量α與通過溶液的路徑長L（cm）成正比，亦與溶液的濃度C（g/mL）成正比；科學上將偏振光通過單位長度、單位濃度的旋轉量（）稱之為比旋（specific rotation，又稱旋光率），以符號表示不同溫度和不同波長λ的色光。同一旋光性物質，對不同波長的光有不同的比旋，通過的波長越短，溶液的比旋越大，此現象稱之為旋光色散（optical rotatory dispersion），表一為各種波長的比旋。 表1：蔗糖溶液在20℃的比旋（請見參考資料[2]） 波長 （nm） 顏色 比旋 656 紅 53.18 589 橙 66.50 535 黃 82.25 508 黃─綠 91.53 479 綠 104.24 447 藍 121.63 旋光色散通常需要隔著偏光片用眼睛觀看，觀看的位置在溶液的上方或容器的側邊，因此需要往下或彎腰觀測，操作不易，本實驗將改變觀測方式，製作可攜式、容易觀測的教具，並透過散射（scatter）原理，讓學生直接於透明管中到螺旋狀旋光彩虹。 n  藥品與器材 毛筆用墨水 1滴、燒杯、玻棒、玉米糖漿 500 mL、果糖（2 M） 500 mL、透明壓克力管（外徑 45 […]

創意微型實驗—微型質量守恆裝置 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 利用本文所設計之並聯式塑膠注射筒，以橡皮管連接，將其組裝成一密閉系統之微型質量守恆裝置，並在兩支並聯式注射筒中進行化學反應，在反應前後分別加以稱量，以驗證質量守恆（不滅）定律。 n  微型質量守恆之原理 當化學反應達到平衡時，各反應物與各生成物間的係數比與分子數的變化量比值會相等，這些比值也會等於各反應物與各生成物間的莫耳數的變化量比值，因此在化學反應中反應前與反應後之總質量應不會改變，此稱為質量守恆定律（Law of conservation of mass），或稱質量不滅定律。本文中將以酸鹼中和反應和氧化還原反應為例來驗證質量守恆（不滅）定律。 n  藥品、材料與器材 1.        藥品：檸檬酸、小蘇打粉、廣用指示劑、碘液、硫代硫酸鈉等。 2.        材料：本實驗所用之材料，有10 mL塑膠注射筒和橡皮管等，如相片一所示。   相片一：橡皮管（左）與10 mL塑膠注射筒（右） 3.        器材：本實驗中所用之器材為攜帶型數字顯示天平和熱熔膠（槍），如相片二所示。   相片二：攜帶型數字顯示天平（左）和熱熔膠槍（右） n  微型質量守恆裝置之設計與組合 1.        用熱熔膠在2支10 mL塑膠注射筒之上下固定成「並聯式塑膠注射筒」，如相片三所示。 相片三：並聯式塑膠注射筒 2.        取一條長約7 cm之橡皮管，將其兩端分別接在並聯式塑膠注射筒前端上，即完成「微型質量守恆定律裝置」之組裝，如相片四所示。    相片四：橡皮管（左）、並聯式塑膠注射筒（中）以及微型質量守恆定律裝置（右） n  實驗操作 1.        將連接在並聯式塑膠注射筒上的橡皮管拔離。 2.        分別在注射筒前端各別接上一支去掉針尖的注射針，並分別插入測試溶液中抽反應物溶液各5 mL，然後再將注射針拔離，分別用一粒塑膠塞塞住並聯式塑膠注射筒備用。 3.        將並聯式塑膠注射筒上之塑膠塞分別拆離，然後將橡皮管兩端分別接在並聯式塑膠注射筒上。 4.        將攜帶型數字顯示天平之蓋子打開並歸零之，如相片五所示。   相片五：將天平蓋打開（左），並加以歸零（右） 5.        然後再將並聯式塑膠注射筒置於天平上秤量之，並記錄反應前之質量。 6.        反應前之質量秤完後，再從天平上取出並聯式塑膠注射筒，並緩慢地將其中一支注射筒中之溶液推擠至另一支塑膠注射筒中，當兩種溶液碰在一起時，便會即刻起化學反應，然後再將其置於天平上秤量之，並記錄反應後之質量。 7.        […]

學測試題解析：離子晶體中異電荷離子的靜電引力是否等於同電荷離子的靜電斥力 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學教育部高中化學學科中心schemistry0120@gmail.com n  91年學測自然科第26題試題與解析 一、   試題 26. 下列有關氯化鈉晶體的敘述，何者正確？ (A)   NaCl分子是氯化鈉晶體的最小單位。 (B)    晶體中Na+與Cl−的電子數，恰好一樣多。 (C)    晶體中的Na+與Cl−均擁有惰性氣體原子的電子數目。 (D)   氯化鈉晶體中異電荷離子的靜電引力恰等於同電荷離子的靜電斥力，故十分穩定。 標準答案為(C)。 二、   解析 (A)     NaCl分子是氯化鈉晶體的最小單位解析：NaCl為離子化合物，不以分子的狀態存在，因此沒有最小單位，故(A)錯誤。 (B)     晶體中Na+與Cl−的電子數，恰好一樣多。解析：由於11Na的電子有11個，因此11Na+的電子數為10；由於17Cl的電子有17，因此17Cl−的電子數為18。兩者不相等，故(B)錯誤。 (C)     晶體中的Na+與Cl−均擁有惰性氣體原子的電子數目。解析：由於11Na的電子排列方式為2,8,1，因此11Na+的電子排列方式為2,8，與惰性氣體Ne相同；由於17Cl的電子排列方式為2,8,7，因此17Cl−的電子排列方式為2,8,8，與惰性氣體Ar相同。Na+與Cl−均擁有惰性氣體原子的電子數目，故(C)選項正確。 (D)     氯化鈉晶體中異電荷離子的靜電引力恰等於同電荷離子的靜電斥力，故十分穩定。解析：從題幹來看，此選項的敘述「似乎」正確，引力總要等於斥力才能維持平衡，也才能穩定。很多化學老師這樣想，想不通時就想到物理老師對作用力比較了解，因此也與物理老師討論過，物理老師的答覆是：「當然引力要等於斥力才能穩定」，這一來就造成困惑了，因為此題是單選題，若(C)選項是絕對正確的，則(D)應該是錯誤的。那到底錯在哪裡呢？不少化學老師與我討論過這個問題，我經過仔細思考與查閱相關書籍後，我將解答提供給這幾位老師們參考，他們都覺得這樣的解釋是合理而且可以接受。但之後還是有老師們繼續問起這個問題，我覺得不如藉著此一專欄將我的解釋寫出來，供化學老師們參考，此題的解釋內容請參考下段文字敘述。 n  氯化鈉晶體中異電荷離子的靜電引力是否等於同電荷離子的靜電斥力？ 一、   以「離子鍵的生成」這個概念來思考這個問題，會讓多數老師誤以為(D)選項：「氯化鈉晶體中異電荷離子的靜電引力恰等於同電荷離子的靜電斥力，故十分穩定」是正確的。在正式解釋原因前，我們先來看與這段文字敘述有密切相關的概念：Na+與Cl−形成離子鍵的過程中，其異電荷離子的靜電引力與兩離子斥力的變化過程。圖1是Na+與Cl−位能與原子核間距離關係圖。 圖1：Na+與Cl−形成離子鍵過程的位能（Potential energy）與原子核間距離（Internuclear distance）關係圖 （圖片來源：http://goo.gl/PGO32i） 在圖1中，引力與斥力之敘述如下： 1.        圖中位能與原子核間距離關係，綠色曲線為靜電引力造成的結果，紅色曲線為斥力造成的結果，紫色曲線則為引力與斥力合計造成整體的能量變化結果。 2.        當Na+與Cl−距離無窮遠時（r = ∞），兩者幾乎不會交互作用，故引力與斥力皆近乎零。 3.        當Na+與Cl−逐漸接近時，陰陽離子會以靜電引力相吸，而使位能下降。此時，引力 > 斥力，因此兩者會繼續接近。 4.        當Na+與Cl−更接近，且r = r0時， 從紫色曲線可看出Na+與Cl−此一離子對（ion pair）位能最低，亦即達到最穩定狀態。以Na+與Cl−而言，其r0 = 236 […]