中學化學示範：綠色化學的示範實驗和實作活動   周芳妃*、詹莉芬**、陳祖望、許名智、許文綺 臺北市立第一女子高級中學*ffchou@gapps.fg.tp.edu.tw  **lfchan@gapps.fg.tp.edu.tw n  前言 傳統的教室是一個以教師為中心的教室，上課時間幾乎都是由教師主導。如果整節課教學模式是講演方式，學生常常失去專注力與興趣。在化學科的教學中，若教學過程中適當地插入化學示範實驗，並安排學生參與示範實驗的討論與分享，可引發學生的好奇心與專注力，大大提升學生的學習成效。在辦理科學研習活動時，不少學校常規劃學生進入演講廳的聽講。在傳統教室或演講廳中進行化學示範實驗教學，一般人先浮現腦海中的講堂中示範實驗場景的畫面可能如下：講堂前方有長桌；講者站在長桌前操作實驗；講者使用大型容器與劑量頗多的化學試劑；觀眾用眼睛和耳朵體驗講者操作實驗所出現的聲光色或儀器量測數據的變化。 通常，若教師想在教室或演講廳中進行化學示範實驗，這些場地往往是遠離水源，甚至舖有地毯的演講廳是嚴禁有水有火的化學實驗示範活動。如果教師希望在演講廳環境也安排示範實驗時，就要考慮如何讓遠處學生也可清楚看到講台上的的化學實驗變化。目前常見的作法，除了現場加上多媒體數位轉播的輔助之外，是否也有另類思維以增強示範實驗的教學效能呢？如果講師使用100 mL的化學試劑，可否減廢減量變成總量20 mL給現場100位學生只各用5滴的操作方式呢？在遠離水源或是禁水禁火的教學場地中，是否可改用不滴液和不漏液的紙上實驗呢？本篇將介紹綠色化學思維的「化學貼貼樂」範例，透過包膜與紙張剪裁設計，易於準備的「可攜式」與「半乾式」化學材料包，適合教師在演講時的示範教學並提供每位學生在大會議室的現場實作化學實驗（見圖1），又可讓學生留著作品，加以時日觀察後續的化學變化。 在「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自科學領域課程綱要」中，有提到主題「物質的反應、平衡及製造 （J）和副主題「氧化還原反應（Jc）」，以及相關的學習內容「CJc-Va-3 氧化還原反應與均衡。」；另一涉及主題為「科學、科技、社會及人文（M）和副標題「科學在生活中的應用（Mc）」，以及相關的學習內容「CMc-Va-2 常見金屬及重要的化合物之製備、性質及用途、CMc-Va-4 常見非金屬與重要的化合物之製備、性質及用途」。「化學貼貼樂」的化學內涵符合上述的描述。    圖1：新北市國中生數理資優營「化學貼貼樂」講師在演講廳演講（左）；以及講師正在示範教學（中）；每位學生在現場實作化學實驗（右）。 n  化學示範與活動實例—「化學貼貼樂」 今（2020）年3月時，筆者們帶著代表綠色化學12原則的12位北一女中學生擔任環保署化學局活動，大家在「防疫森呼吸嘉年華」活動中與老老小小的民眾操作「化學貼貼樂」實驗並推廣綠色化學知識（見圖2）。    圖2：「防疫森呼吸嘉年華」學生志工示範教學（左、中）；現場民眾實作化學實驗（右）。 一、  事先準備 在這次的大安森林公園活動中，教師和志工在示範教學和現場活動前，事先準備所使用的藥品和材料，如圖3所示。（一）配製每套器材包所需四種試劑：1 M硫酸銅0.5 mL、1 M醋酸鈉3滴、1 M硫代硫酸鈉3滴及0.1 M碘化鉀3滴。依據人數準備所需總量，例如100人次的1 M硫酸銅總量為50 mL，1 M醋酸鈉總量為300滴（約15 mL）。（二）「化學貼貼樂」材料包：先剪裁一個較長的塑膠袋成為四個內夾袋，作為包住各試劑之用。再分別滴入四種試劑在吸水性高的圓濾紙（硫酸銅）、濾紙條（醋酸鈉）、棉花（硫代硫酸鈉）、和紗布（碘化鉀）之上，分別裝入四個內夾袋，各試劑之間不可相互接觸，如圖3的上圖所示；然後放入較短的外套袋中，即成為實驗用材料包，如圖3的下圖所示。教師和學生志工利用社團課的時間事先製作，完成後可整批用用牛皮紙袋遮光收藏，可分批陸續使用。目前筆者的經驗收藏達兩個月的材料包套件，取出時仍可以使用。 →  → 圖3：四種試劑滴加在吸水性高的材料上（上）；「化學貼貼樂」材料包的組裝（下）。 二、  教師示範和民眾動手實作 「化學貼貼樂」的教師示範和民眾動手實作方面，如圖4所示。（一）操作步驟：先取得一個材料包，移去外套袋，先翻開最大的內有圓濾紙的內夾袋，並把這張最大的內夾袋塑膠膜當作防水底板。再打開其他三個小內夾袋，取出濾紙條（醋酸鈉）、棉花（硫代硫酸鈉）、和紗布（碘化鉀），分別放在圓濾紙（硫酸銅）的上面不同位置，蓋好最大的內夾袋。然後放回外套袋，如圖四的上圖所示。（二）觀察化學反應：10分鐘內的變化，以及數日到數週的變化，如圖4的上圖所示。「化學貼貼樂」的實驗結果有如：棉花—青天白雲、濾紙條—綠茂森林、紗布—肥沃土壤。 → →  →  → 圖4：教師示範和民眾實作「化學貼貼樂」的過程（上）；10分鐘內觀察化學反應的濾紙正面（左下）和濾紙反面（中下），長時間（右下）觀察結果。 在「防疫森呼吸嘉年華」活動中，有安排「化學貼貼樂」的教學，其課程開場PPT，如圖5的上圖所示。先說明這次活動的課程內容，包括：化學貼貼樂、化學猜猜樂和化學選選樂；接著發放「化學貼貼樂」材料包給民眾，教師示範如何打開材料包的內夾袋與貼貼樂的做法，民眾放置內夾袋沾有不同試劑的棉花、紗布與條狀濾紙貼到圓濾紙上，其解說的PPT，如圖5的下圖所示。民眾觀察在手掌上的「化學貼貼樂」圓濾紙上逐漸地擴開的顏色變化。     圖5：「防疫森呼吸嘉年華」活動教學開場PPT(上)，教師示範與民眾觀察的PPT(下)。 「化學猜猜樂」是請民眾舉手回答材料上沾有的試劑是什麼藥品，如圖6左所示。提示觀眾四種化學試劑的外觀與反應特性，此時可提供現場獎品給熱烈回應的觀眾。其實一般觀眾未必具有足夠的中學化學基礎知識，或是在場的小朋友年紀太小，但是先鼓勵觀眾用力猜猜，啟發一般民眾對於認識化學品的興趣。    圖6：提示觀眾四種化學試劑的外觀與反應特性，進行「化學猜猜樂」的PPT。 公布「化學猜猜樂」答案，由於非常多的化學品是不可以誤用於食品加工，在介紹化學瓶之後，並接著介紹四種化學試劑的物質安全資料表，讓觀眾知道隨時可以上網查詢化學品知識，如圖7所示。說明LD50的意義，以及四種試劑常見的用途，如圖7所示。   […]

綠色化學:綠色化學創意競賽—掀起綠色實驗探索新風潮 廖旭茂 台中市立大甲高級中學 教育部高中化學學科中心 nacl880626@hotmail.com    綠色實驗正風行     很幸運在臺灣師大邱美虹教授的帶領、提攜及引薦下，自2010年開始，有機會參加國際研討會，接觸到國外一些實驗教具的設計高手–如日本東京學藝大學Masahiro Kamata教授的設計。深具巧思、巧手的微型實驗總是吸引著與會者的目光，代表減量、減廢，促進環境永續的概念也在化學教育領域中受到關注。受此股氛圍感召，筆者開始以學校實驗室為基地，與學校工科老師合作，結合木做、機械製造、數位繪圖與雷射切割等跨領域技術，致力開發出獨樹一格，符合綠色化學原則的微型實驗教具，並推廣、應用於實際的實驗教學上；多年下來，已經累積不少創作，其中最受喜愛的是「電化學蝕刻教具」[1], [2]，這項教具以乾電池為電源，免去強酸、強鹼等高腐蝕的使用，僅需數滴的食鹽水就可在不鏽鋼等金屬上進行蝕刻；簡單、創新的設計，驚奇的效果總是贏得參與體驗的來賓讚賞。下圖為2019國際周期表年閉幕典禮（IYPT2019 CLOSING CEREMONY）東京展覽會場剪影。 圖1：參觀綠色電化學蝕刻體驗的來賓合照(左圖的左邊為作者)    綠色化學推手 為鼓勵更多綠色化學教育小尖兵，自從2014年教育部與環保保署共同舉辦第一屆高中職「綠色化學（減毒減量）創意競賽」[3]以來，隨後每兩年一次，分別接續於2016年、2018年各辦理相關活動；以創意為名，鼓勵全國高中時生，利用日常生活隨手可得的材料，發揮想像力，進行實驗改良的研究；以減量、減毒、減廢、物盡為目標，為培育綠色思維、動手做人才，付諸實際行動。 在臺灣化學教育主編邱美虹教授的邀請擔任本期專題主編，本次專題總共邀請到第三屆比賽7位參賽得獎的指導老師，分享得獎作品與指導心得，內容包羅萬象；有國立竹南高中林麗悅老師指導的『「灰灰乎」必有餘地』，學生利用回收廢棄的粉筆與粉筆灰，製作對人、環境無害的土壤栽培介質，取代原有的珍珠岩、硅藻土，此作品因跟生活校園生活連結，並利用學校既有的設備，接地氣的優異表現，榮獲高職組的金牌；有高雄高工的洪鼎惟老師指導的「天然環保強力清潔劑」，學生分別自茶籽粉與檸檬皮中萃取茶皂素與檸檬烯，按不同比例調配出不同配方，並測試立可白、指甲油等汙垢的去汙效果，作品利用天然植物的成分，清除日常生活中的污垢，獲得不少肯定；有政大附中姚月雲老師指導的「漂白水–醇類的老化殺手」，介紹利用漂白水取代高錳酸鉀或二鉻酸鉀重金屬氧化劑的使用，探討醇類的氧化過程，達到減毒、取代的目標。政大附中也是比賽的常勝軍，為綠色化學人才培育付諸行動。     接下來有北一女中周芳妃老師等化學科團隊共同撰寫的「多元選修課程與綠色化學小論文設計」，內容說明北一女中發展綠色化學多元選修課程內容，並引導學生進行綠色化學創意論文的設計過程，並分享得獎的作品的教師指導心得。自99課綱開始，北一女中化學科目光獨到，開風氣之先，由周芳妃老師領軍，大力推動綠色化學教育，培育精英，績效顯著；還有原來服務於臺北市立中崙高級中學，目前在無界塾服務的洪敬明老師撰寫的「植物色素分離與鑑定」，文章除了介紹植物葉綠素與花青素的分離與鑑定外，並分享完整教案，闡述實際教學歷程，是難得的跨科實驗，此實驗在2019年七月在亞洲化學教育年會上發表，得到大會海報獎，在筆者的邀請下撰文分享。     利用Arduino開源的微控制器，撰寫程式，結合各種感測器來調查溫度、照度、濕度、等環境的變化已蔚為風潮，台南一中的劉獻文老師指導的『倒「洗」相「螢」–螢光棒毒性降低之研究』就是利用廉價的Arduino結合照度計等感測器，取代螢光光譜儀，紀錄螢光棒的反應過程，並提出以洗衣粉內添加的增白劑(CBS)螢光棒內的染料成分，達成低毒與可解的目標；近來大量的電子3C產品問世，如鋰電池，ITO導電玻璃的大量使用，使得鋰、鈷、銦等金屬日漸匱乏，台南女中陳俊佑老師指導的「新式TDESs之研發並應用於戰略金屬回收」，研發以電化學沉積的方式回收高純度的稀有金屬，取代強酸高腐蝕溶液的使用，有效降低對環境傷害。     每篇文章的方向都不同，各有精采之處，希望可以為有興趣的老師帶來一些啟發與參考。 綠色思維：我們可以做些甚麼？     一般而言，高中的化學實驗室環境都是大同小異，如固定的空間配置、硬體設施，一樣的實驗器具、藥品；雖然教科書有版本問題，但各年級常規的實驗也幾乎是一樣的。從踏入教職，進入學校實驗室的第一天開始，腦海出現一個念頭–「我的天啊，可以不要嗎？」     為什麼燒杯的體積都是固定，有1000毫升、500毫升、250毫升、100毫升、50 毫升，為甚麼就沒有10 毫升；為什麼實驗室加熱只能用酒精燈或本生燈；為什麼一定要用U型管來當鹽橋，塞口的棉花還常常滑進正、負極的燒杯中？為什麼安全吸球好像不怎麼安全？有關於實驗室林林總總的限制，我想有很多老師跟我有同樣的疑問與念頭。   不想被框架綁住，就只能努力改變它；改變燒杯的大小，讓實驗在多孔盤中進行；改變藥品的使用，減少毒化物的使用；加熱的方式，讓實驗過程更安全；改變實驗的器材，取材日常生活的回收，物盡其用。教師基本思維模式的改變–越少量、越綠色，依筆者的經驗，會帶來很多好處，因為所有減量、減廢、減毒、物盡的友善環境的作為，可以帶來給學生更安全的實驗環境，更減少教師在實驗室內手忙腳亂的機會，學生學習的專注度與互動性都會提升。下圖為亞太化學教育研討會報告簡報截圖。 圖2：微型實驗的優點整理圖 「綠色」的風潮已起，衷心期盼「Green maker」可以趁勢揚帆，也期待越來越多老師投入改造自己的實驗室，改良不適切的實驗，讓綠色漫延到台灣校園的每一個角落。Change，2020！    參考資料 1.      廖旭茂，家庭化學實驗：行動電化學蝕刻。科學研習月刊，2013，卷52，期11，頁16~19。http://blog.ntsec.edu.tw/index.php?tid=531&id=228。 2.      廖旭茂、黃維靜（2014），行動電化學蝕刻──印台和金屬書籤的製作。台灣化學教育期刊，第二期，https://chemed.chemistry.org.tw/?p=2174。 3.      2018年得獎名單，參閱自綠色化學教育網，https://chem.moe.edu.tw/green/AwardsDetail/ef324f3a-7b72-417d-9da8-9e126e67b6ed

綠色化學:『灰灰乎』必有餘地 林麗悅*、黃柏翔、林祈霈、王盛 國立竹南高級中學 *linly@cnsh.mlc.edu.tw n  簡介 本實驗以減少垃圾量、廢物再利用為出發點，學生利用在學校學習到的專業知識和技能，發揮巧思，在符合綠色化學十二項原則的條件下，將本應丟棄的粉筆及粉筆灰試著做成土壤栽培介質，賦予廢棄粉筆更多的價值。並進一步對成品進行性質分析及植物栽種測試。 n  器材與藥品 一、器材與設備： 名稱 數量 名稱 數量 燒杯50mL 10個 坩鍋 12個 燒杯250mL 5個 濾紙 1盒 量筒50mL 1個 銅幣(一元硬幣) 1枚 量筒250mL 2個 石墨棒 1根 錐形瓶 125 mL 12個 鑷子 2支 滴定管 1支 乾燥皿 1個 槓鈴片 1組 錶玻璃 4片 玻棒 5根 寶特瓶 5瓶 碼表 1個 高溫爐 一台 球磨機 一台 烘箱 […]

綠色化學:天然環保強力清潔劑 洪鼎惟*、李品志、呂柏融 高雄市立高雄高級工業職業學校化工科 *dwhong@ksvs.kh.edu.tw n   簡介        生活周遭參雜著許多既擾人又頑固的汙垢，但目前市面上許多強效的清潔劑，常使用過多的人工化學成分以達到快速的去汙效果，這些清潔劑在使用之後可能對於地球環境有傷害，因此本組研究重點在於如何能夠製造一款對環境友善及對人體無害，並能有效清除污垢的清潔劑。在研發的過程中，更希望利用人類使用後的廢棄物來製造清潔劑，達到綠色化學再生、物盡與低毒的功效。     在普通化學第七章水的單元中，我們發現台灣的水質大多為硬水，業者為了使民眾在清洗時有大量的泡沫，增加了許多人工的化學物質，但卻也製造了更多的環境問題；在普通化學第十八章有機化學中，我們認識了需多的有機化合物及其作用，因此我們希望可以將所學的有機化學知識應用於實驗探究過程，並使用分析化學第六章的定量分析中所教的pH計與基礎化工第三章的液體的性質中所學的表面張力測定儀進行我們的實驗。     本次實驗研究目的：製造成分天然、無人工化學添加、清潔、抗菌雙效合一、環保無毒不傷手的清潔劑 n  器材與藥品 一、器材： 設備、器材名稱 規格 數量 高效能微波萃取機   1台 杜努強表面張力計   1台 抽氣過濾裝置   1組 精秤天平   1台 pH計   1台 燒杯 500 mL 3個 燒杯 250 mL 10個 燒杯 150 mL 10個 玻棒   數支 二、藥品： 藥品名稱 規格 數量 茶籽粉   500 […]

綠色化學:漂白水–醇類的老化殺手 姚月雲 國立政治大學附屬高級中學 yuehyun.yao@gmail.com    n  簡介 化學是一門實驗的科學，化學三大反應分別為沉澱、酸鹼中和及氧化還原反應，高中化學實驗課程進行時，需要使用大量的藥品與器材，在108新課綱課程中融入綠色化學十二原則，分別為：防廢、物盡、低毒、保安、降輔、節能、再生、簡潔、催化、可解、監測、思危。在教學上，筆者嘗試從跨班選修、課堂趣味實驗中，先著手將高中化學實驗朝減量、減廢、低毒等多項原則努力，並帶領學生參加105、107年度教育部高級中等學校綠色化學創意競賽，其中三件作品榮獲佳作、銀牌及銅牌的肯定，分別為「銀銀一水，在紙一方」是一個減廢、降低成本的教案，「漂白水–醇類的老化殺手」，是一個減毒、替代品的教案，最後一個作品「停止滴定的每一瞬間」則是微量實驗設計、並符合探究與實作的教案精神，本文以「漂白水–醇類的老化殺手」做介紹。 高三化學實驗「醇類的氧化」中所使用的氧化劑為過錳酸鉀與二鉻酸鉀溶液，還原後會產生重金屬離子。尤其是二鉻酸類的溶液為管制藥品且反應過程中會生成三價鉻離子重金屬，故讓我們想試著從高中常見的氧化劑中尋找氧化力強度與過錳酸根和二鉻酸根相近，卻不會造成重金屬汙染的氧化劑。因此我們挑選了次氯酸根（此實驗中次氯酸根來源為市售漂白水），來進行醇類的氧化。考慮到甲醛、乙醛具有毒性，因此我們利用丙醇氧化成丙醛，接著再以多侖試液來檢驗是否成功氧化。 3CH₃CH₂CH₂OH + Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ à3CH₃CH₂CHO + Cr³⁺ + 7H₂O —-式1 （課本）  CH₃CH₂CH₂OH + ClO⁻ à CH₃CH₂CHO + Cl⁻ + H₂O —-式2（改良） 原實驗設計有蒸餾操作操作，增加操作複雜度及實驗時間，且配合課堂時間有限，常因蒸餾出來的醛類化合物質量不足而影響實驗準確度，所以我們想以其他實驗裝置取代蒸餾步驟。 除了確認以次氯酸根為氧化劑的方法是否可行性，我們試著將反應的量嘗試做定量，希望能找出這個方法的最佳反應比例，減少藥品的浪費。 n  目的 一、確認漂白水能將正丙醇氧化為丙醛 二、設計實驗時間可在50分鐘（一節課）內完成 三、測出1毫升正丙醇與市售漂白水最適合的反應比例 n  器材與藥品 表1：實驗所需的器材與藥品如下列所示： 器材   500 mL燒杯   2個   滴管   8支   100 mL燒杯   […]

綠色化學:多元選修課程與綠色化學小論文設計 周芳妃1、詹莉芬2、蕭琬莉 臺北市立第一女子高級中學 ffchou@gapps.fg.tp.edu.tw1 lfchan@gapps.fg.tp.edu.tw2   簡介 北一女中從民國99年課綱開始，就開設特色課程高一選修課程，化學科當時就開始投入選修課程的設計。多年來以探究實作的方式發展了很多種不同的教案，並發展出多元形式的成果發表活動融入各種活動。隨著2014年教育部第一屆全國綠色化學創意競賽的設立，北一女化學科就將啟發學生發展科學創造力與指導學生進行綠色化學小論文設計融合成全新的高一選修課程，並從2016年（105學年度）開始推出「綠色化學百寶變與創意小論文設計」的高一跨班選修課程。每班30人的一學期課程，本課程一年四班共收了120位高一選修課學生，此一年人數超過本校高一全校選修學生人數的八分之一。推出之後，這門課程廣受本校學生青睞，幾乎班班第一志願滿班。2018年(107學年度)教育部擴大辦理綠色化學創意競賽活動，本校在該學期的兩個高一選修班級60位學生中，以1~2人為一組進行小論文設計活動，總共有20多件創意設計書完成報名參賽，後來共有5件入圍全國複賽，而且最後兩件榮獲全國佳作。 由於這一年北一女學生參賽入圍複賽的作品多達5件，因此本校也榮獲教育部頒發的第一屆綠色化學創意競賽學校獎，化學科全體老師們出席受獎(圖1)。   「綠色化學百寶變與創意小論文設計」這門課程也提供課程英文名稱：Diverse gallery of green-chemistry experiments & creative essay design，用以印製於學生成績單上。一學期每周2小時的選修課程涵蓋：認識科學活動、綠色化學創意小論文設計活動、基礎實驗操作與常用分析方法、認識化學反應類型、學習歷程檔案製作與成果發表、自評與互評活動等。  本文將先介紹綠色化學的多元選修課程內容，說明教師如何在多元選修課程中引導同學進行綠色化學創意論文的設計，再分享數件榮獲全國獎項的作品的教師指導心得。本次期盼透過北一女化學科邁入108課綱多元選修課程分享，萌發更多同好願意將綠色化學融入課程，教師們也彼此切磋，從校園中培育綠色化學小尖兵，透過參加教育部辦理綠色化學創意競賽的平台，使綠色化學教育更加普遍，達到綠色化學永續經營的目標。 圖1、107學年度北一女化學科高一多元選修學生全力投入教育部綠色化學創意競賽活動 簡介多元選修課程–綠色化學百寶變與創意小論文設計 一、教學內容與進度     表一是108年度第二學期北一女中化學科高一多元選修課程教學進度表，簡介如下： (一)認識科學活動    開學第一週老師先安排小型實作活動(練習劃火柴)、學生自我介紹與幹部選拔，達成跨班分組和相見歡活動，接著介紹「教育部綠色化學教育網」，也介紹數件歷屆創意競賽得獎作品。 (二)綠色化學創意小論文設計活動    本活動的課程編碼為1-1到1-5(表一)，以環保署化學局出版品為綠色化學十二原則課本(圖2)。有三週使用電腦課程，借學校電腦教室或電腦推車(圖3)。另兩週是校外教學，前往台北市太原路逛街，認識鄰近社區資源，幫助學生認識實驗預算估價。使用電腦課程的教學原則如下： 1.課程1-1：先請學生從「教育部綠色化學教育網」閱讀競賽簡章，模仿填寫報名表。接著分組討論找題目，老師可依據學生們的討論提供關鍵字。NABC法則（Need, Approach, Benefits, Competition）是一套科學產品分析法，也適合用為撰寫實驗簡介的訓練方式。各組簡介格式需列出NABC法則，在課堂中完成並繳交150~200字的創意小論文簡介。 2.課程1-2：老師介紹文獻探討方法，請各小組配合自己小組主題找出三個相關資料網址與參考圖案，上台分組分享，並在課堂中完成並繳交簡介與參考資料。 3.課程1-3：老師請各小組考量「人、事、地、物、時間、預算」原則，各小組配合自己小組主題，擬出可行性的研究方法設計，上台分組分享，並在課堂中完成並繳交創意設計書。 表一：108學年度第2學期北一女中化學科高一多元選修課程教學進度表                  週次 月 日 「綠色化學百寶變與創意小論文設計」課程內容 備註 一 2 24 準備週 二 3 2 認識科學活動；相見歡與分組選幹部 介紹全國活動 三 3 9 […]

綠色化學:植物色素分離與鑑定 洪敬明1,*、徐碩志2 無界塾實驗教育機構1 臺北市立中崙高級中學2 *kusoer1017@hotmail.com 簡介 萃取是高中化學所提及的一種混合物分離技術。過去教師在教萃取時常常以「從碘液中萃取碘分子」的實驗為例，跟同學介紹萃取的原理。然而，這個實驗涉及了，的平衡反應，對於高一同學較為困難；加上實驗後產生的有毒碘廢液需要以硫代硫酸鈉()或氫氧化鈉()處理後，方可以大量清水稀釋後排放。 圖1：碘萃取實驗(左)與植物色素分離實驗(右)的成品比較圖 本教案以生活中常見的植物－鴨跖草為主角，透過淺顯易懂的萃取原理，有效分離植物中的葉綠素與花青素，藉由明顯的顏色變化，讓學生可以理解天然色素的組成與分離的技巧。本實驗當中，非極性層內的混合物，主要是葉綠素與葉黃素，可利用色層分析法進行分離；而極性層中的產物主要是花青素，可作為酸鹼指示劑。   圖2：紫竹梅(鴨跖草科)(鄒語騏 攝) 花青素與葉綠素分離實驗的成品非常美麗，可有效吸引學生的目光，提升探究化學的興趣；實驗所需的器材簡易、藥品安全，且容易操作，方便教師準備課程。此主題涵蓋生物與化學，生物可朝植物微觀結構和光合色素功能發展，化學則可討論混合物分離時的交互作用力與動態過程；延伸的建議課程涵蓋了物質與能量、系統與尺度、構造與功能、改變與功能和交互作用等自然領域的跨科概念，可作為跨科課程的主題。本實驗採用天然植物取代有毒的碘化物的使用，實驗後的產物可繼續做為其他實驗使用；極性層的葉綠素與極性層的花青素皆可被陽光自然降解，減少產生廢棄物，符合綠色化學原則。 圖3：鴨跖草下表皮的顯微影像，葉綠體中的葉綠素(左)與液胞中的花青素(右) 教學目標 教師能根據教學需求進行數個教學活動，實驗可連結高中化學中的數個主題(混合物分離、物質鑑定原理、指示劑、極性、理想溶液)，也可以訓練學生進行探究與實作活動時的基本技能(問題拆解、資料查詢、建立實驗表格、排序、實驗操作、邏輯判斷等)。 圖4：學生根據自己所建立的物質互溶表排列各溶劑之極性大小 藥品與器材 一、器材： 7mL樣品瓶、塑膠滴管、濾紙、抽濾設備、3in1驗鈔筆(白光、紫光、紅光雷射)、咖啡攪拌匙。 二、藥品： 水、乙醇(95%)、丙酮、乙酸乙酯、石油醚(可用正己烷或去漬油代替)、檸檬酸(可用固體或1M溶液)、碳酸鈉(可用固體或1M溶液)。 實驗步驟 一、   葉綠素與花青素分離： 1.             取約5平方公分的鴨跖草置於研缽中，加入3毫升的溶劑(酒精或水)後研磨搗爛。 圖5：取鴨跖草加入溶劑後搗爛 2.             組裝濾瓶與抽濾漏斗，用橡皮管連接抽濾瓶與水幫浦，進行減壓抽濾。   圖6：圖左植物色素的減壓過濾，圖右植物殘渣上出現色素分離的現象 3.             以滴管吸取所有濾液，移至7毫升的樣品瓶中。 4.             於樣品瓶中加入3毫升的石油醚後劇烈搖晃。 圖7：加石油醚至2/3滿後充分搖晃即完成萃取 二、  未知物鑑定：如何確定分離出來的物質真的含葉綠素與花青素呢？ (一) 花青素鑑定：酸鹼反應 1.             拿出以水做溶劑的實驗樣品瓶，以滴管吸取樣品瓶下層的濾液，平均分裝置A, B, C三個樣品瓶中；於A樣品瓶中加入一小匙的固體檸檬酸，B樣品瓶加入一小匙的固體碳酸鈉。觀察並比較A, B, C三瓶溶液的顏色的差異。 2.             將A瓶溶液倒入B樣本瓶中，觀察樣本瓶內的變化。 圖8：不同酸鹼性下，水層萃取液的顏色的不同 (二) 葉綠素鑑定：螢光反應 1.             拿出以酒精做溶劑的實驗樣品瓶，以白光LED(可用手機閃光燈代替)或3in1驗鈔筆中的紫光或照射葉綠素層，可於90度處觀察到葉綠素吸收短波長輻射時所放出的紅色螢光。   圖9：以白光LED照射(左)以紫光LED照射(右) […]

綠色化學:倒「洗」相「螢」–螢光棒毒性降低之研究 劉獻文*、許申霖、王翊誠 國立臺南一中 教育部高中化學學科中心 *betterman0925@gmail.com 前言     Arduino 是常見的電子互動平台，具有使用簡單、功能多樣、價格低廉等優點，廣泛應用於電子系統設計和互動產品開發。筆者於107年指導學生參加綠色化學創意競賽，利用arduino uno板與照度偵測器等，討論如何在維持一定照度下降低螢光棒廢棄物的毒性。以下為作品相關介紹，也鼓勵同學在有限經費下，妥善運用資訊課學習到的程式撰寫，輔以平價的arduino板及相關偵測器，完成科學探究。 綠色發想     螢光棒中的染料具有毒性，使用過即丟棄容易造成環境汙染，文獻指出添加部分過渡金屬離子或添加含胺、炔官能基之有機物可提升螢光亮度，然而此類添加物皆具一定毒性，我們原本發想以天然色素，如葉綠素、胡蘿蔔素、茄紅素等天然色素取代有毒染料，實驗結果發現不可行，可能是過氧化酯釋出之能量搭配無法與天然色素之能階搭配，因此無法產生化學螢光。而查閱相關科展作品後，我們發現洗衣粉內添加的增白劑(CBS)能使螢光棒的亮度增加，便以此方向進行研究，希望能以洗衣粉這種低毒性較低的物質取代螢光棒內的染料成分。     另外，Arduino光感測器模組與照度計相較於市面上的螢光光譜儀，價格較低且在一般電子材料行即可取得，加上能夠測得螢光數值的連續變化，便決定採用此方式偵測。 綜合以上幾點，本實驗以洗衣粉取代螢光劑符合低毒與可解原則，利用Arduino光感測器模組來進行連續測量，希望能藉此實踐綠色化學的目標。 研究目的 一、  以Arduino研究市售螢光棒發光照度與RGB數值的關係 二、  探討螢光棒中藥品濃度與發光照度及RGB數值的關係 三、  探討洗衣粉對螢光棒發光照度及RGB數值的關係 四、  製作出毒性較低的螢光棒 器材與藥品 一、藥品：     螢光棒、第三丁醇（tert-Butyl alcohol, C4H10O）、乙醯檸檬酸三丁酯（Acetyl tri-n-butyl citrate, C20H34O8，簡稱ATBC）、4,4′-雙（2-磺酸鈉苯乙烯基）聯苯（Disodium 4,4-Bis(2- Sulfonatostyryl)Biphenyl , C28H20Na2O6S2）、甲苯（Toluene , C6H5CH3）四氫呋喃（C4H8O，簡稱THF）。 二、器材     平底試管、Arduino開發板、磁石攪拌加熱板、薊頭漏斗、Arduino 光感測器模組、秤量匙、燒杯、Arduino 照度計模組、分度吸量管、量筒、自製暗箱、安全吸球。下圖1,2分別為Arduino 光感測器模組與自製暗箱。 圖1：Arduino模組示意圖 圖2：自製暗箱 研究步驟 一、以Arduino研究市售螢光棒發光照度與RGB數值的關係 1.      設計Arduino照度計模組與光感測器模組 2.      分別測量螢光棒的發光照度與RGB數值，相關實驗裝置圖如下所示： 圖3：實驗裝置與架構示意圖 […]