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設計適合國小學生動手做的化學實驗:如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗／張詩敏

Saturday , 9, March 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月 Comments Off

設計適合國小學生動手做的化學實驗:如何帶國小五年級學生動手進行萃取植物葉綠素實驗張詩敏國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 nice1040802@gmail.com n 前言學生在學習三年級上學期植物的單元時，對於不同植物的葉片作外部觀察，並依照葉子特徵(例如：「葉的形狀」、「葉的邊緣」、「葉的大小」、「葉的顏色」、「葉面紋路」)作的簡易觀察與分類。到了五年級學生學習到植物會行光合作用，當學生想深入探究關於葉子如何在內部行光合作用，教師需引導學生關於葉子的相關構造和反應機制。自然界中充滿許多有趣的事物，等著我們帶領學生一起去參與和體會，並從中獲得不一樣的感動。在自然與生活科技領域的能力指標中提到「智能思考」──學生需培養批判、創造與解決問題的能力。為了能讓學生學習這些能力，我們需教導學生學習科學的方法，以提升學生觀察現象的技能、如何從觀察到的現象中提出假設、將假設設計成實驗、從實驗結果驗證觀察到的現象。 n 「葉綠素」介紹在植物中的葉綠體，含有許多不同種類的葉綠素，以葉綠素a和葉綠素b最常見。而在植物行光合作用時，葉綠素能使用大自然的太陽能將CO2和H2O轉化為葡萄糖和O2，是一種非常重要的綠色色素。我們可以使用有機溶劑將植物中的葉綠素萃取出來變成葉綠素溶液，但不能使用水進行萃取，而葉綠素溶液能也行光合作用(陳昭錦，2013)。 n 實驗目的讓學生經由實驗比較不同水與酒精萃取植物葉片葉綠素的效果 n 實驗器材實驗材料(全班共用) 600 mL酒精、2000 mL熱水置於熱水瓶中、足量的福木與桑樹的葉片。器材準備（各組使用）打洞器5支、燒杯(250 mL)1個、燒杯(100 mL)4個、抹布1塊、碼表1個、試管夾4支、三角架1個、酒精燈1個、陶瓷纖維網1個、透明玻璃觀察瓶(10 mL) 4個、培養皿4個、隔熱手套一雙。 n 教學活動設計引起動機教師說明植物行光合作用需用到葉綠素。發展活動活動一：比較「福木」與「桑葉」的葉子外觀。 1. 概略複習、說明葉子的外形分類。 (左圖：福木的葉片右圖：桑樹的雌葉) 2. 介紹植物葉子的基本構造。活動二：萃取葉綠素。 1. 萃取葉綠素方法的介紹。 2. 學生操作萃取葉綠素的實驗步驟：步驟一：用打洞器在葉片上打100個相同大小的圓形葉錠。步驟二：把100個葉錠倒入100 mL的燒杯中，在分別加入40 mL的酒精(右圖)、水(左圖)。使用100 mL熱水加入250 mL的燒杯。將250 mL的燒杯置於陶瓷纖維網上，再把100 […]

設計適合國小學生動手做的化學實驗:國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究／老嘉琪

Friday , 8, March 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月 Comments Off

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 國小學生調配不同比例玉米粉進行「擴溶現象」之探究老嘉琪國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 a0911560152@gmail.com n 前言暑假期間，筆者無意間在電視上看到有關玉米漿的新聞，覺得相當新奇有趣，上網查了有關玉米漿的資料，發現玉米漿在特定比例時，居然有輕功水上飄的功用，因此我們想帶著學生更深入研究它的特性。五年級康軒版第五冊第三單元「水溶液」曾介紹水溶液的酸鹼性質的特性，因此我們想利用不同的酸鹼溶劑、不同的濃度，嘗試分析玉米漿的擴溶現象情形。網路提到玉米漿的最佳比例為玉米粉和水是4：3，因此想帶學生探究玉米粉和水的比例為3：2、7：5及4：3時，其中溶劑改用酸性、中性與鹼性水溶液，而溶劑濃度分別在1％、3％、5％、7％及9％時，玉米粉的擴溶情形是否相同？ n 擴溶現象是什麼？擴溶現象（非牛頓流體）：過飽和玉米粉水溶液中的分子，受到外來強大力量時，會緊密地排列，抵擋外力，有類似固體(圖一)的效果；若外力一旦解除，或遇到緩慢的力時，分子則呈現鬆散的狀態，有類似液體(圖二)的效果。 n 研究設備及器材一、澱粉：玉米澱粉。二、藥品：純水、砂糖、食鹽、小蘇打粉、石灰水、檸檬酸、冰醋酸。三、設備：電子秤、手機、相機、攜帶型pH計。四、器材：燒杯、玻棒、量筒、小湯匙、滴管、抹布、衛生紙、橡皮筋、透明膠帶、乳膠檢驗手套。圖1 實驗器材照片 n 實驗過程【實驗一】不同濃度下，玉米粉在酸性水溶液方法：（一）用電子秤取42g的玉米粉十五次，分別置入十五個量杯中。（二）取檸檬酸，調配成重量百分比濃度1%、3%、5%、7%、9%的酸性水溶液，並以pH檢測器確認其酸鹼性。檸檬酸（ml） 1 3 5 7 9 純水（ml） 99 97 95 93 91 濃度（%） 1 3 5 7 9 （三）在步驟（一）的量杯中分別加入步驟（二）1～9％的檸檬酸各是28ml、30ml及31.5ml，使玉米粉與溶劑的比例如下表所示：組別一二 […]

設計適合國小學生動手做的化學實驗:國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動／黃郁芬、辛懷梓、張自立

Thursday , 7, March 2019 編輯助理本期專題, 第三十期/2019年03月 Comments Off

設計適合國小學生動手做的化學實驗: 國小學童進行電池取火「燃燒火種」活動黃郁芬1, 3, *、辛懷梓2、張自立2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 3新北市立土城區安和國民小學 *lisa0205@mail.anhoes.ntpc.edu.tw ■前言在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中，小朋友認識到燃燒的三要素應具備可燃物（紙張）、助燃物（氧氣）及達到燃點（燃燒的溫度）。因為錫箔紙表面存有可供燃燒的碳化物質，可以作為發火的材料，並且檢驗市售物品包裝錫箔紙，例如：青箭口香糖、菸盒內層錫箔紙…等。在網路電池取火的影片中，提及利用電池與錫箔紙取火當材料；另外，生鏽實驗中的材料鋼絲絨也可以作為電池取火的發火材料。因此再配合綜合活動野外取火的主題下在任教班級內進行課程的延展，藉由電池取火「燃燒火種」活動讓六年級學生複習燃燒與生鏽單元，以另一種方式認識燃燒。 ■錫箔紙、鹼性乾電池取火原理和概念目前市售的片裝口香糖都是包一層錫箔紙，錫箔紙的用途是在於防潮，避免口香糖上的糖粉會潮濕、並沾黏，此外也提供基本的隔熱效果，因為溫度會使口香糖膠變軟，相同方式也運用在市售菸盒內以防止香菸受潮。另外，鋼絲絨是由柔軟、有彈性的低碳少於2%鐵細線所組成，亦是很好的發火材料，鋼絲絨主要用在木工的曲面研磨及玻璃的清潔，在國小自然與生活科技五下課程「燃燒與生鏽」單元中，拿來進行生鏽實驗器材。兩者共通性都具有導電性適合進行本次實驗活動。鹼性乾電池是日常中常見的物品，在實驗中將兩端寬中間窄的錫箔紙連接電池正負極上，會形成短路，過程中產生高溫。紙條中間窄處，是電阻最大的地方，溫度也是最高的地方，因為錫箔紙另一面存有可供燃燒的碳化物質，達到燃點時容易將其引燃，進而產生短暫燃燒。所以，實驗中可以用這種方法，引燃需要點燃的可燃物當成火種，如衛生紙或洋芋片。 ■本課程實驗器材 1.厚手套4個2.錫箔盤4個3.青箭口香糖 3條4.1.5V三號乾電池3顆5.衛生紙1包6. 洋芋片1包7.濕抹布4條8.方形9V電池 1顆9.鋼絲絨1捲10.玻璃盤4個11.剪刀3把12.盒裝錫箔菸紙金銀兩色各1張圖一本課程實驗器材 (1) 圖二本課程實驗器材 (2) 圖三本課程實驗器材 (3) ■教學流程壹、準備活動 1.教師在課堂上播放YouTube電池取火影片讓全班學生觀察欣賞，並加入以洋芋片燃燒當火種的網路影片與鋼絲絨燃燒，引起學習動機。 2.介紹電池和電阻的關係，並說明電池生火原理。 3.說明電池取火可以應用範圍，非必要避免於日常生活中使用，遇到不同材質如市售口香糖錫紙及盒裝菸紙會有不同的結果的變化。貳、發展活動活動一：市售口香糖錫箔紙遇到3號鹼性乾電池 1.分組進行影片實驗，將市售口香糖錫箔紙剪出兩端寬中間窄約2~3mm，如圖九所示。 2.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生依照影片所示，將口香糖錫箔紙亮面接連至鹼性電池正負兩極，如圖八所示。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時，只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果，如圖七所示。圖四舊版青箭口香糖包裝紙(網路圖片) 圖五新版青箭口香糖包裝紙圖六新版青箭口香糖包裝紙圖七新版青箭口香糖包裝紙燃燒結果圖八學生實驗活動 (1) 圖九學生實驗活動 (2) 活動二：市售盒裝菸紙遇到3號鹼性電池 1.分組進行影片實驗，將市售菸盒錫箔紙兩種顏色，各剪出兩端寬中間窄約3~2mm。 2.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生如影片所示，將市售菸盒錫箔紙黃色亮面接連至鹼性電池正負兩極。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有燒黑情形、並未產生火焰燃燒效果，如圖十所示。 3.實驗學童戴上厚手套進行試驗，學生依照影片所示，將市售菸盒錫箔紙銀色亮面接連至鹼性電池正負兩極，如圖十四所示。學生會發現接觸兩極產生溫度，在溫度瞬間變高時只造成中間窄處有火焰燃燒效果，如圖十三所示。圖十盒裝菸紙金色燃燒結果圖十一盒裝菸紙銀色輕微碰觸結果圖十二盒裝菸紙銀色實驗過程 […]

魔法黑白變-解開苧麻線漂白的秘密 / 傅麗玉

Wednesday , 6, March 2019 編輯助理多元文化的化學, 第三十期/2019年03月 Comments Off

魔法黑白變–解開苧麻線漂白的秘密傅麗玉國立清華大學原住民族科學發展中心 lyfu@mx.nthu.edu.tw 織布在許多台灣原住民族的文化中是婦女一生非常重要的工作，尤其是泰雅族、太魯閣族與賽德克族傳統文化中，如果一位婦女不會織布則無法獲得文面的資格。文面是非常重要的榮耀，沒有文面的婦女將來是無法通過彩虹靈橋，因為在橋的入口處有一隻螃蟹守護著，螃蟹會檢查女子的手掌和文面，如果女子手掌沒有薯榔染色的痕跡，立刻會被螃蟹推入橋下的深淵中，永遠無法到橋上。苧麻線是最重要的傳統織布材料，但也有許多與苧麻相關的禁忌，都是要特別注意。例如不可在屋內剝麻與剮麻」的工作，否則會帶來不吉利。男子若碰觸苧麻線，打獵時就會打不到獵物。圖1：1920年之前霧社巴蘭部落的文面婦女在織布（二南堂，1999） n 取苧麻織布的基本步驟圖2：在清流部落看到的全株苧麻（傅麗玉攝，2006）苧麻，英文名字是「Ramie」，在台灣俗稱為「袋仔絲」。在植物分類上，苧麻為蕁麻科苧麻屬，單葉互生，長葉柄，葉呈卵形而尖，葉緣有鋸齒狀，葉基為闊楔形，葉子表面粗糙。苧麻的葉和小枝上有濃密的細毛，葉子背面有白色絨毛，因此又稱為「裏白苧麻」。取苧麻織布的步驟相當費力費時。首先要選擇適當地點種植苧麻。從種植到收割至少六個月以上。苧麻收割後先進行「剝麻」，剝莖皮並刮莖皮。然後用剮麻器進行「剮麻」，將苧麻莖的表皮去除，取出苧麻莖皮內的纖維麻絲，用清水清洗粘液，曬乾後搓揉捻紗成可織布的線。接著用炭灰水煮麻線，完全去除晒乾後粘在麻線上的苧麻粘液，使麻線變成白色的素線。若有需要染色，則加入染料煮麻線。再清洗後曬乾。將麻絲放進舂米的臼，加入小米糠揉搓混合，並用杵舂麻線，讓麻線吸入小米糠的油份，讓麻線更柔軟光滑。在屋外將清水洗過的麻絲曬乾後，素線或染過的麻線曬乾後整經上架織成布。圖3：1920年之前的泰雅族婦女曬苧麻（二南堂，1999） n 將苧麻線漂白的傳統方法用炭灰水煮麻線，使麻線變成白色的素線是苧麻的傳統漂白方法。炭灰水是用乾的山黃麻枝幹燒燼的炭灰加水拌勻，濾除液體中的粗粒與雜質後，將炭灰水放在大鐵鍋加熱，並將苧麻線放入大鐵鍋中煮。煮的時候，火的大小要適中，避免火勢太大，將苧麻線燒焦。同時要攪拌，使苧麻線受熱均勻，每一條苧麻線的每一個部分都能與炭灰水接觸，至少要煮3小時以上。然後將煮過的苧麻線用清水洗淨，再曬乾，就可得到漂白的苧麻線。再用不同的植物染料，將苧麻線染色。薯榔是經常使用的染料植物，其顏色漂亮，又可防止苧麻線被蟲咬或腐壞，是非常好的染料。經過薯榔染色的苧麻線其顏色呈現暗棕色。圖4：苧麻線放入有炭灰水的鐵鍋中煮後拿到河邊清洗(擷圖自吉娃斯愛科學影片) 圖5：經過薯榔染色與未染色的苧麻線以及染色與未染色的苧麻線所織的布（傅麗玉攝，2009） n 將苧麻線漂白的化學原理物質的顏色與物質本身的化學成分有關。物質本身的色素性質不同，加上酸鹼不同，會使物質的顏色發生變化。為什麼炭灰水煮過的苧麻線會變白呢？炭灰水能變魔術的關鍵，就在於炭灰裡面含有碳酸鉀（K2CO3）。在炭灰水中，炭灰所含的碳酸鉀溶在水中變成碳酸氫鉀(KHCO3)呈現弱鹼性。苧麻裡的葉黃素（C40H56O2）化學鍵結構被碳酸溶液（KHCO3）改變，苧麻原本色素的化學結構被破壞，苧麻看起來就是被洗白。圖6：灰黑的苧麻線可以被洗成白色是因為不同的化學成分會使物質呈現不同的顏色 (擷圖自吉娃斯愛科學影片) 圖7：炭灰中有碳酸鉀（K2CO3）(擷圖自吉娃斯愛科學影片) n 參考資料 1. 二南堂（1999）。人文相本：台灣原住民老照片輯。台北：二南堂工作室。 2. 李亦園、石磊、阮昌銳、楊福發（1997）。南澳的泰雅人。台北：中央研究院民族學研究所。 3. 曾秀英（2017）。穿梭經緯的靈魂符碼–太魯閣族五大圖織技法工具書。花蓮：花蓮縣秀林鄉公所 4. 國立清華大學與原金公司（2017）。吉娃斯愛科學DVD。台北：財團法人公共電視文化事業基金會。

鈣迴路捕獲二氧化碳技術與實驗／郭世文、周承志、洪振方、陳良瑞

Tuesday , 5, March 2019 編輯助理化學教育新知, 第三十期/2019年03月 Comments Off

鈣迴路捕獲二氧化碳技術與實驗郭世文1、周承志2、洪振方3、陳良瑞4 國立科學工藝博物館1 工業技術研究院綠能所2 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所教3 國立彰化師範大學科學電機工程學系4 swkuo@mail.nstm.gov.tw1 壹、前言國立科學工藝博物館（以下簡稱「科工館」）「啟動創新實驗場」常設展示廳，展出工業技術研究院（以下簡稱「工研院」）所研發的34項創新技術，觀眾經由操作平板電腦與展品互動認識各技術展項，科工館並經常與工研院聯手設計延伸學習活動，讓有興趣的觀眾進一步認識這些新興科技的內涵。本文紀錄2019年1月所舉辦的第一場「與研究員有約」活動，由工研院的傑出研究員引導觀眾認識「啟動創新實驗場」展場中介紹的新興科技–「鈣迴路二氧化碳捕捉技術」，並且帶領參加學員分組進行二氧化碳的科學實驗，認識何謂溫室氣體、如何將二氧化碳捕獲及利用，深刻大家的學習經驗。貳、溫室氣體與溫室效應「溫室效應」是地球大氣層呈現的一種物理現象，也是使地球表面維持溫度穩定的重要機制。大氣層好比溫室的玻璃罩，當太陽的能量通過大氣層達到地球表面，使得地球變熱，這些熱量會以紅外線輻射回大氣中，其中一部分散逸到外太空，大部分的紅外線會被大氣層中的「溫室氣體」吸收，再輻射回地表，維持了地球的溫度。如果沒有大氣層的保護，地球表面的平均溫度可能會低至-18°C，而不是現在合適人類居住的15°C。在大自然環境中主要透過水蒸氣及其他氣體來維持大氣環境的溫度，其所產生的溫室效應大約占整體溫室效應的60-70%，其次是二氧化碳大約占26%，另外還有臭氧、甲烷、氧化亞氮等。地球大氣層內的氣體主要為氮氣、氧氣、水蒸氣等，它們的組成大致穩定變化不大；但是微量氣體卻無時無刻都在改變，其量雖微，卻對全球環境具有非常大的影響。而自工業革命以來，因人類大量使用煤炭、石油等化石能源，產生大量二氧化碳的排放。這些因工業發展所產生的氣體排放物快速地改變大氣中微量氣體的組成，尤其是化石燃料燃燒所產生的二氧化碳逐年增加，大量排放到大氣中吸收地表的紅外線長輻射波，造成人為的溫室效應，破壞了原本溫室效應的平衡穩定，使得地表的溫度逐漸增高，形成地球暖化的現象（邱宏志，2005）。參、地球暖化對於環境的影響過去100年間（1906~2005），地球的平均溫度上升了0.74°C（張泉湧，2012）。聯合國跨政府氣候變遷小組（Intergovernmental Panel on Climate Change；IPCC）估計，如果大氣中的溫室氣體持續增加，到2100年，全球平均氣溫將較1990年增加0.9°C至3.5° C；地球的溫度升高將導致高溫、暴雨、乾旱發生的頻率增加，造成生態系統被破壞、天然災害規模加劇、糧食能源水資源短缺；此外，全球平均溫度上升使得海水溫度上升，熱漲冷縮導致海水體積膨脹加上南北極冰雪溶化，將使海平面逐漸上升，預估 2100年時全球平均海平面將比1990年高出38公分至56公分，許多沿海低窪地區將沒入海中（許晃雄，1999）。由於人類的活動使得大氣中的溫室氣體濃度大幅增加，改變了自然的溫室效應，將對自然生態系統和人類的生活環境產生不利的影響；聯合國於1997年12月制定了京都議定書，其目標是「將大氣中溫室氣體的濃度穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上，同時確保生態系統能夠自然地適應氣候變化，糧食生產免受威脅，經濟發展能夠持續進行。」，與會國家依此議定書承諾將減少二氧化碳和其他溫室氣體的排放量直到回復至1990年的標準（郭博堯，2001）。肆、鈣迴路捕獲二氧化碳技術介紹大部分的工業化國家都把石油、煤炭、天然氣等石化燃料當成最重要的能源，而石化燃料燃燒就是人為二氧化碳的主要排放來源，因此，世界各國積極投入研究如何減少二氧化碳排放，又不降低生活水準的辦法。除了提高能源效率與再生能源的應用外，許多研究團隊都積極投入「碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage,CCS）」的研究，這是一種把工廠中石化燃料所產生的二氧化碳（Carbon）分離並捕獲（Capture）起來，並傳送到適合的地質深層處封存（Storage）、以利生物吸收或再利用，避免二氧化碳排放到大氣中的一種技術，能有效減少碳排放（徐恆文、柳萬霞、黃欽銘，2012；曾榮樹、孫樞、陳代釗、段振豪，2004；李堅明，2015）。依據工研院的報告(黃啟峰，2017)指出，水泥是國家建設發展的重要碁石，而水泥及相關製造業更是我國(2016年度)非金屬礦物製品製造業產值最大且能源消費最高的產業項目，然水泥的生產過程需要耗費大量化石燃料。因此工研院自2008年起積極研發利用石灰石進行二氧化碳捕獲之技術（徐恆文等人，2012），並於2012年起在台泥公司的花蓮縣和平水泥廠建立試驗廠，希望能藉此降低水泥生產過程的二氧化碳排放量，並思索二氧化碳再利用之可行路徑。「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」是以稱為石灰石的碳酸鈣（CaCO3）作為原料，將所煅燒成的石灰–氧化鈣（CaO）作為吸附劑所進行的循環反應，氧化鈣（CaO）具有極高的吸附容量（理論值0.7857 kg CO2/1 kg CaO），是極佳的捕獲二氧化碳（CO2）吸附劑。用一個簡單的化學式表示： CaO + CO2 ⇌ CaCO3 當氧化鈣（CaO）遇到二氧化碳（CO2）就會形成碳酸鈣（CaCO3）；碳酸鈣加熱可還原成氧化鈣和二氧化碳，如此繼續不斷地進行循環反應，就可以捕獲CO2；倘若氧化鈣在捕獲過程中失去活性，可以送回水泥廠當作原料，如此就不會產生額外廢料。台泥公司和平水泥廠的鈣迴路捕獲二氧化碳系統，主要設備包括碳酸化爐、煅燒爐、集塵器和儲存槽；當水泥廠生產過程中排出含二氧化碳（CO2）的廢氣，將廢氣導入碳酸化爐後，二氧化碳（CO2）會和氧化鈣（CaO）反應形成碳酸鈣（CaCO3），就是把生產過程中所排放的二氧化碳（CO2）捕捉；接著把碳酸鈣（CaCO3）送進入煅燒爐，在攝氏600-650度的高溫下，釋放出高濃度的二氧化碳（CO2），經過純氧燃燒形成氧化鈣（CaO）。此時，高濃度的二氧化碳（CO2）經過除塵、冷卻、壓縮後，便可封存起來再利用，而氧化鈣（CaO）回到碳酸化爐，再次作為吸附劑進行下一次的循環反應。透過這樣的循環反應，可以捕獲水泥廠所排放出的90%二氧化碳，有效降低二氧化碳的排放。工研院並且開發蒸氣水合反應器，可以將石灰（CaO）活化並且轉化為氫氧化鈣（Ca（OH）2），多階旋風塔的立體結構，可以讓石灰吸附劑粉體和所排放的廢氣充分接觸，以提升二氧化碳的捕獲率；未來這個技術還可應用在發電、水泥、石化、鋼鐵等工業製程中（工研院，2014；工研院，2018；黃欽銘等人，2016；談駿嵩、王志盈，2015）。二氧化碳捕獲技術，是由排放源頭直接捕獲二氧化碳，阻隔二氧化碳排放到空氣中的機會，再將這些被捕獲的二氧化碳經過純化作為原料販賣、或是用來養殖微藻，不但不會造成空氣污染，還能創造經濟價值。二氧化碳的回收利用範圍極廣。以養殖微藻為例，微藻是指1～10μm的單細胞藻類，可以生存在海水、淡水或潮溼的土壤中；微藻進行光合作用時，要吸收二氧化碳，也就是將二氧化碳固定，因此養殖微藻將有助於固碳及二氧化碳的減排。台泥公司和平水泥廠試驗廠，利用鈣迴路捕獲的二氧化碳做為微藻養殖所需的碳來源，由於二氧化碳之碳源純度高，可提高養殖效益培養具有葉黃素、DHA、EPA等衍生物質的微藻株，製作成高單價的營養食品創造高經濟價值。除此之外，美國、西班牙、荷蘭及以色列等國家，也利用微藻轉製成生物燃料如生質柴油、生質酒精、氫氣、焦炭等，或將微藻做為動物或水產的養殖飼料，改善糧食危機（張嘉修等人，2015）。伍、鈣迴路捕獲二氧化碳技術介紹與實驗活動 2019年1月所舉辦的「與研究員有約」活動，課程教案參考我國「碳捕獲與封存（CCS）」自有技術發展成果進行設計，內容包括「溫室氣體(二氧化碳)認識」與「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」兩大主軸，執行的方式包括簡報與實驗，教學目的為認識二氧化碳與地球暖化的關聯性、瞭解何謂二氧化碳的捕獲技術，以及二氧化碳的利用價值。以下紀錄活動的內容與過程：教學主軸一、溫室氣體(二氧化碳)認識：研究員首先透過教學簡報(如圖1所示)，讓學員將曾經聽聞溫室效應的資訊複習，並呈現有關溫室效應影響臺灣的內容，如：臺灣近百年氣溫的溫度變化、溫升對於臺灣登革熱好發地區之變化、溫升造成臺灣極端氣候的現象等；使學員體認到因全球溫室效應的關係，自身的生活環境(臺灣)也會受到一定程度的影響，全球暖化議題並非只是一個科學資訊，而是與日常生活息息相關的現象與問題。完成簡報介紹，接著進行「二氧化碳與溫室效應的驗證實驗」，引導學員經由動手實驗了解高濃度二氧化碳較一般空氣更容易吸熱。資料來源：本研究製作圖1：溫室效應對臺灣的影響實驗一、二氧化碳與溫室效應的驗證實驗研究員從二個問題：「和地球暖化主要相關的氣體有哪些？」、「如何知道二氧化碳具有吸熱保溫的能力？」帶入實驗活動（如圖2），而這個實驗的目的為證實二氧化碳確實會使環境中的溫度提高。資料來源：本研究製作圖2：二氧化碳與溫室效應的驗證實驗 […]

華氏、攝氏、克氏溫標與自製簡易溫度計／李啟讓、洪振方

Monday , 4, March 2019 編輯助理化學課程與教材, 第三十期/2019年03月 Comments Off

華氏、攝氏、克氏溫標與自製簡易溫度計李啟讓1, *、洪振方2 國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所 *li483739@yahoo.com.tw l 前言　　在國中自然與生活科技課程的溫度與熱曾教過華氏溫標、攝氏溫標，學生會問老師為何水結冰的華氏溫度是32 ℉，且在普通高中基礎化學(三)氣體定律學習克氏溫標，學生也常問老師絕對零度是怎麼訂出來的？因此本文簡單介紹華氏溫標、攝氏溫標、克氏溫標與溫度計的科學史，並從物質受溫度影響規律性的變化量，動手自製簡易溫度計用來量測自己體溫。 l 華氏溫標德國物理學家華倫海特（Daniel Gabriel Fahrenheit， 1686－1736)在1709年觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度；經過反覆實驗與核准，最後把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為32℉，把一大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉為華氏溫度的單位，這就是華氏溫標。目前全世界只剩巴哈馬、貝里斯、開曼群島、帛琉、美國及其屬地還在使用華倫海特的華氏溫標。華氏溫度與攝氏溫度的關係為華氏溫度(℉)＝9/5*攝氏溫度(℃)+32 。 l 攝氏溫標在華氏溫標製定的30多年後，瑞典天文學家攝爾修斯（Anders Celsius，1701－1744）於1742年改進了華倫海特溫度溫標的刻度，他把純水的沸點與凝固點劃分為100個刻度，攝爾修斯創新的刻度，比華倫特的簡便得多，所以更受到人們的歡迎，就成了現在的百分制溫度，即攝氏溫標，用℃為單位如圖1。攝氏溫度與華氏溫度的關係為攝氏溫度(℃)＝5／9*(華氏溫度(℉)-32)。圖1溫度計，外圈為華氏溫標，內圈則為攝氏溫標（取自https://zh.wikipedia.org/zh-tw/華氏溫標） l 克氏溫標在十七世紀末，法國科學家阿蒙頓（GuillaumeAmontons﹐1663～1705）開始探討氣體的壓力與溫度關係，後來的兩位法國科學家查爾斯（Jacques Charles﹐1746 ～1823）與給呂薩克（Joseph-Louis Gay-Lussac﹐1778～1850）接續研究，發現密度甚低的定量氣體，在其體積保持不變的情況下，其壓力的變化和溫度呈線性的關係。後來的兩位法國科學家查爾斯與給呂薩克接續研究，發現密度甚低的定量氣體，在其體積保持不變的情況下，其壓力和溫度呈線性的關係。若以壓力對攝氏溫度作圖，可以看出壓力和攝氏溫度的關係為不通過原點的斜直線。不同量氣體的直線，其斜率也不相同，但與溫度軸相交於同一點；此值由各種實驗發現為－273.15°C。這是最低的溫度極限，稱為絕對零度，在這個溫度下，氣體壓力為0，如圖2。圖2定容、定量的低密度氣體，其壓力與溫度之關係(姚珩等，2018) 西元1802年，給呂薩克參考查爾斯的研究後發現，定量的氣體在定壓下，當溫度升高時，則體積也會增加，且體積的增加量與溫度的增加量成正比。不同氣體的體積與溫度均有直線關係。若將各條直線向左下方延長﹐它們相交於一點﹐且此交點會落在溫度軸上，均可發現交點所在之值為－273.15 °C，如圖3。圖3　定壓﹑定量的低密度氣體﹐其體積與溫度之關係(源自姚珩等，2018) 因此，在西元1848年，英國科學家克耳文爵士建議採用絕對溫標，規定每度之間的大小與攝氏溫標相同，但取－273.15°C為溫標的零度。此絕對溫標也稱為克氏溫標，其單位為克耳文，記為K；因此，絕對零度為0K，而0°C則為273.15K。絕對溫度和攝氏溫度之間的換算關係為絕對溫度(K )＝攝氏溫度(℃)+273.15。 l 如何讓溫度接近絕對零度並加以測量？溫度在科學上的意義是物質裡含有能量多寡的一種度量。空氣分子熱的時候移動得快，有較高的動能。分子越冷，速度就越低，能量也越少。溫度冷卻的過程需要從一個物體取出能量，然後將它排放到其他的地方。藉著結合雷射冷卻與蒸發冷卻，科學家已經可以讓一團氣體原子的溫度，降到1nK（即1nanokelvin，10-9K）以下。現在的紀錄是450pK（1picokelvin為10-12K）。如何來測量這些原子的極低溫度？一個方法是直接觀看原子雲的大小。原子雲越大，原子內的能量一定越高，因為它們可以抵抗磁力而跑得更遠。另一種方法是測量原子的動能，將磁阱關掉，沒有磁力時原子會飛開，使得原子雲不受阻礙而膨脹。原子雲隨時間變大，這是一種觀測原子速度的直接方式，因此可以得到溫度。在一定的膨脹時間後，如果看到的原子雲較小，則意味著達到較低的溫度(凱特利， 2004) 。 l 伽利略溫度計伽利略溫度計是義大利科學家伽利略(1564～1642)在1593年發明的，伽利略溫度計是一種由玻璃圓筒、透明液體及不同密度的重物所構成的溫度計。容器中的透明液體為乙醚或有機化合物等，對「溫度」非常敏感，當溫度改變時，液體的密度會隨之改變。根據阿基米德的浮力原理，液體密度越大(溫度越低)，所提供的浮力越大，玻璃圓筒底下的球也能浮起。判讀溫度的方法是，由上方液面往下數最後那顆重物的溫度近似於待測的溫度，如圖4箭頭所指的溫度。華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質，製成華氏溫度計。經過30多年，瑞典天文學家攝爾修斯於1742年改進了華倫海特溫度計的刻度製造了現行通用的攝氏溫度計。目前溫度計的種類很多，根據所用測溫物質的不同和測溫範圍的不同，有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。 […]

從科學史來認識科學本質–以燃素說為例／范賢娟

Sunday , 3, March 2019 編輯助理化學小故事, 第三十期/2019年03月 Comments Off

從科學史來認識科學本質—以燃素說為例范賢娟中國寧德師範學院教育與藝術學院 2453316080@qq.com ■前言科學教育不只重視知識的傳遞，還要讓學生了解科學方法，並且了解科學本質。但這說來容易，如何讓學生有深刻體會呢？化學史上對燃燒的看法，從直觀的「燃素說」，轉變為科學的「氧化反應」便是一個很好的例子，讓我們一起來重溫這段歷史。 ■燃素說被提出普通的燃燒現象會釋放出許多煙，這似乎顯示有物質被釋放進入空氣中，這是什麼？一名德國醫生史塔爾（Georg Stahl, 1659-1734），他在醫學上有很好的成就，後來還去擔任普魯士國王的御醫，深受社會肯定。閒暇之時他去做許多基礎化學實驗，並整合之前有關燃燒的學說而產生「燃素說」。這是認定可以燃燒的物質內部含有「燃素」，燃燒時，燃素被釋放出來，這些立刻為周圍的空氣所吸收，我們所看到的煙就是很好的說明。而物質燃燒後剩下的灰燼因為已經沒有燃素了，所以無法再燃燒。有的物質燃燒過後幾乎沒有留下灰燼，可見得那就幾乎都是由燃素所組成，例如硫磺。史塔爾還觀察到動植物的燃燒情況，他提出的解釋認為植物能從空氣中吸收燃素，而動物又可從植物中獲得燃素，所以動植物都富含燃素，可以燃燒。史塔爾的研究知道如果把動物關在密閉容器中，過了一陣子動物就會死掉，他認為這是因為容器中的空氣已經充滿了燃素到了飽和的程度，因此無法再吸收更多燃素。同樣的道理也可用在蠟燭於密閉容器中燃燒一段時間後就熄滅。我們以「後見之明」來看會發現，呼吸與燃燒的實際情況，剛好與這個理論相反，呼吸和燃燒並不是把燃素排到空氣中，而是從空氣中吸取氧氣。但是如果從直觀現象而言，燃燒釋放出大量的煙，密閉容器上面還會觀察到水蒸氣，這些都如煙霧彈一樣讓人搞不清楚到底這過程是有物質釋放出去還是被吸收進來。 ■燃素說面對挑戰不過其實在更早前，波以耳（Robert Boyle,1627-1691）就已經發現燃燒後物質的重量會增加，這該怎麼解釋呢？堅信燃素論的學者對這方面有的斥之為無稽之談，或者說那是這些人的實驗方法不夠嚴謹，還有一種是主張燃素這種物質具有「負」的重量。這些不甚高明的說法居然可以屹立超過半個世紀，一直到法國科學家拉瓦節（Antoine-Laurent de Lavoisier, 1743-1794）開始認真投入燃燒實驗，才露出一絲曙光。拉瓦節注意到之前的理論似乎只能解釋片段的現象，串聯不起一個完整的知識架構，他親自重新做實驗，思索物質的轉換。這得要跳脫直觀的障眼煙霧，而是去量測反應前後物體的重量。拉瓦節燃燒磷，這是當時其他許多學者眼中認為富含燃素的物質，收集燃燒後的產物，這需要蒐集氣體的能力，但這對拉瓦節而言並非難事，他很認真地去做量測與記錄，結果發現產物的重量大於反應物，這顯示燃燒的過程磷從空氣中吸收了某種物質。這個思考方向與當時主流理論背道而馳，因此拉瓦節不能急著發表，而是要進行更多的測試，確定他人可以重複這樣的實驗過程，得到相同的結果。他換用不同的物質，包括硫、鉛等物來觀察燃燒前後重量的變化與產物的性質，他還把鉛的氧化物跟木炭作用，還原出金屬鉛。拉瓦節越來越確定燃燒是從空氣中吸取部分的物質，那大概佔空氣的六分之一到五分之一，因此他斷言空氣是種混合物，只有部分的空氣參與燃燒。 ■發現去燃素的空氣但那種物質到底是什麼？此時來自英國的普利斯特利（Joseph Priestley,1733-1804）恰巧跟著他的贊助人一起來到法國巴黎旅行，他在跟拉瓦節相聚的一次餐會上分享自己的發現：他用一個放大鏡讓太陽光聚焦於容器中的氧化汞上，結果發現所產生的氣體可以讓燭火更加燦爛、讓老鼠更加有活力，而普利斯特利自己也去聞看看，雖然沒有特別味道，但是卻讓他吸入後覺得精神抖擻。雖然這是個重要的發現，但是對普利斯特利而言只是感到新鮮，他的觀察偏向質性描述，解釋方式則用燃素論，稱那種氣體為「去燃素的空氣」，因為該氣體對燃素如此缺乏，所以急於從可燃物當中汲取燃素，才導致燃燒更加旺盛。拉瓦節則深感震驚，意識到這物質可能就是他所要找的，燃燒時從空氣中吸取的物質。他在宴會隔天就趕快回到實驗室重複普利斯特利的實驗，然後用這種氣體觀察各種燃燒過程，迅速發表結果，公開揚棄燃素論。而回到普利斯特利，他對於自己的分享導致拉瓦節的研究大突破感到很不高興，除了他是燃素論的信徒沒辦法接受燃素論被推翻之外，更主要的原因在於拉瓦節在論文中完全沒有提到他的貢獻，這讓他覺得自己的想法被剽竊。但什麼才是普利斯特利的想法？認為那是「去燃素的空氣」嗎？ ■推翻燃素說拉瓦節完全不用這種稱呼方式，他稱那為「酸素」，是一種具有自己特性的物質，當時他以為許多物質燃燒時吸收這物質會產生酸，因此而有此命名方式，雖然這從現在的「後見之明」來看並非如此，但這已經是概念上的一大進步。燃素論讓西方科學有數十年的時間都在打迷糊仗，雖然有許多人有些特殊的發現，但卻無法正確理解，例如1739年就有人發現動物呼吸、發酵，以及某些物體燃燒會產生一種「固定空氣」。然而那時候的人還不了解空氣是種混合物，因此對於這種固定空氣會讓動物吸入太多而死亡，但其他空氣又是動物生存不可或缺的物質感到困惑。 ■改變理論也改變觀察結果當時的學者從燃素說的角度來看，可能會視之為「充滿燃素的飽和空氣」，但從拉瓦節的理論來看，這是碳燃燒時跟酸素結合所產生的物質（也就是二氧化碳）。普利斯特利一直沉溺於自己的想法被剽竊，自己的信仰被推翻而不高興，但拉瓦節則吸引了一批科學家在學術上持續往前，大家需要新的化學命名方式來看待這些物質，包含了純物質與化合物。從這裡可以讓學生了解眼見未必為憑，科學還需要更仔細的測量，量化的概念，同時也理解理論對引導思考、設計實驗、解釋實驗的重要。

綠色膠黏，交聯：硼砂的取代調查／廖旭茂、王玉睿、梁書銘

Saturday , 2, March 2019 編輯助理第三十期/2019年03月, 綠色化學實驗 Comments Off

綠色膠黏，交聯：硼砂的取代調查廖旭茂*、王玉睿、梁書銘台中市立大甲高級中等學校教育部高中化學學科中心*nacl880626@hotmail.com n 影片觀賞本實驗影片由大甲高中提供，綠色交聯成品的體驗過程介紹。影片網址：https://youtu.be/jyNZPxNz6NM, YouTube. n 簡介在中小學的實驗課堂裡或科學社團活動中常利用透明PVA膠水(Polyvinyl alcohol，簡稱PVA, 聚乙烯醇)或白膠(Polyvinyl acetate，簡稱PVAc，聚醋酸乙烯酯)，跟不等量的硼砂產生交聯作用，可以製作黏彈性不一的異形(putty，另稱橡皮泥)或QQ球1；或在其中加入四氧化三鐵粉末(Fe3O4)，製作可被磁鐵所吸引，逗趣的磁力異形2，但這個熱門又耳熟能響的科學玩具卻隱含著一個被輕忽的風險–硼砂。2017年就曾經報導過，新竹有學童就誤食了同學私下買來製作「史萊姆」的食用級硼砂，而緊急住院的案例3。硼砂(Na2B4O7·10H2O)，生活中廣泛地被使用在食品防腐、眼科醫藥、肥料，以及蟑螂的餌劑中；成人若攝入用1~3 公克硼砂即可能中毒，15~20 公克有致命危險；孩童則因為代謝效率較慢，食用5 公克可能造成死亡4。鑒於硼砂潛在的風險，本文將探討比較小蘇打(NaHCO3)、三偏磷酸鈉Na3(PO3)3與硼砂和膠水與白膠的交聯作用，並描述利用小蘇打取代硼砂，製作史萊姆異形、磁力異形、感溫變色異形的製作方法外，也提供其成品有趣的演示影片，並且詳細地說明此實驗所涉及的原理與概念。期盼透過本實驗文章的分享，能拋磚引玉，推前瞻化學教育素養–「綠色思維與風險意識」，讓中小學的化學實驗能真正達到趣味性、動機性、安全性，符合綠色化學原則，落實永續教育的經營目標。 n 器材與藥品一、器材： 250毫升燒杯、10毫升量筒、成型模具(自製)、智慧型手機、數位拉力計-5Kg、電子天平、數位硬度計、密封袋#6 等。圖1：由左而右依序為成型模具、拉伸力測量機台、簡易數位硬度計二、藥品：透明膠水(聚乙烯醇)、白膠(聚醋酸乙烯酯)、硼砂Na2B4O7、三偏磷酸鈉Na3P3O9、碳酸氫鈉NaHCO3、四氧化三鐵Fe3O4(s)、感溫藍31度、黃色絹印油墨。下圖為各分子的結構式。圖2：由左而右依序為白膠(聚醋酸乙烯酯)、透明膠水(聚乙烯醇)、硼酸根(硼砂水解物) n 硼砂可以被取代嗎？利用小蘇打、三偏磷酸鈉取代硼砂，與高分子作用，在不同條件下，依序調查聚合物的重量變化、硬度、單位長度拉伸力等物性變化。一、交聯劑與透明膠水(聚乙烯醇，PVA)的作用調查 1. 交聯時間的不同：取出成型模具，倒入10克的PVA膠水，並加入0.08M的硼砂溶液10毫升，均勻攪拌後，將模具放入密封袋，靜置5分鐘後。依序進行重量測量、拉力測試、硬度測試。重複前面實驗，將靜置時間分別提高至1小時、1天、1星期。依序進行重量測量、硬度測試。 2. 承上，將交聯劑換成小蘇打、三偏磷酸鈉，重複上述實驗測試。下圖為拉力測試。圖3：高分子的拉力測試過程 3. 交聯劑的濃度：取出成型模具，倒入10克的PVA膠水，並加入0.01M的硼砂溶液10毫升，均勻攪拌後，將模具放入密封袋，靜置5分鐘後。依序進行重量測量、拉力測試、以及硬度測試。重複前面實驗，將硼砂的濃度分別提高至0.02M、0.04M、0.08M，均勻攪拌後，將模具放入密封袋，靜置5分鐘後。進行單位長度拉力測試。 4. 承上，將交聯劑換成小蘇打、三偏磷酸鈉，重複上述實驗測試。二、交聯劑與白膠(聚醋酸乙烯酯，PVAc)的作用調查 1. 交聯時間的不同：將透明膠水換成白膠，重複上述1~2實驗，調查白膠分別與硼砂、小蘇打、三偏磷酸鈉在不同反應時間下，重量、以及硬度測試下的變化。 2. 交聯劑的濃度：重複上述3~4實驗步驟，調查白膠分別與硼砂、小蘇打、三偏磷酸鈉在不同濃度下，單位長度拉力測試的差異。三、綠色交聯作用在科學玩具上的開發：史萊姆、磁力異形、感溫變色異形的等科學玩具的製作。 1. 綠色史萊姆異形的製作：取50克透明膠水，一邊以攪拌棒攪拌，一邊緩慢滴入飽和小蘇打溶液，約加入20 毫升的小蘇打溶液後，即可取出，並在手中搓揉均勻，備用。隨後將聚合物壓平略呈四方形，可與另一位同學一人兩手，緩慢自四方形的四個角落往外拉伸成薄膜，測量薄膜最大展開的面積是多少？ […]

利用手機App及雷切技術開發高中化學探究與實作課程— 水中結晶紫的吸附去除與濃度測定／劉燕孝、廖家榮、趙君傑

Friday , 1, March 2019 編輯助理化學課程與教材, 第三十期/2019年03月 Comments Off

利用手機App及雷切技術開發高中化學探究與實作課程— 水中結晶紫的吸附去除與濃度測定劉燕孝、廖家榮、趙君傑臺北市立建國高級中學 yhliu2@gl.ck.tp.edu.tw ¾ 課程設計概念一、結合水汙染議題，將課本比色法實驗應用於解決生活問題高中課綱中的比色法實驗1，屬於基礎化學(三)化學平衡一章的範疇，利用鐵(Ⅲ)離子(Fe3+)和硫氰根離子反應生成血紅色的硫氰化鐵(Ⅲ)錯離子(FeSCN2+)，而溶液中鐵離子在低濃度時呈淡黃色，硫氰根離子為無色，但反應所生成的硫氰化鐵(Ⅲ)離子，莫耳吸收度高，血紅色極深，色深隨管內溶液的高度與濃度而改變。比色時，兩溶液濃度不同，須調整溶液的深度至兩溶液的顏色深淺相同為止。而隨著「快速時尚」風潮席捲全球，文獻指出，全球17至20％的工業廢水汙染來自紡織染整業，染整業的廢水包含約72種有毒化學物質，其中有30種無法去除2；因此，我們希望以染料廢水為議題，引導學生利用課本比色法實驗切入染料所造成的汙染檢測。二、發揮創客精神，應用雷射切割技術，自行設計製作比色裝置然而，高中生的實作能力訓練較少，大多是在學理探討。我們希望藉由此模組能有助於高中學生更容易跨進「自造」領域，向生活科技科及網路創客學習AI(Adobe Illustrator)等設計軟體，經不斷摸索、反覆討論與修正，設計並產出自製的比色裝置，構造簡單，組裝容易，操作簡便，產製原料本成低，易於推廣，預留寬廣的設計發展空間，將來可結合更多的課本實驗。設計完畢後，使用校內生活科技教室的雷射切割機，輸入所設計的AI設計檔案，產製迅速，可依學生人數需求而隨時大量製造。三、生活裝置應用於科學，利用手機及Apps偵測利用感測元件軟硬體(如：分光光度計)可將人為判斷色度的主觀誤差因素降到最低，但一般市售分光光度計價格高，對於欲進行獨立研究或探討議題的高中生而言，恐無法負擔，為解決此問題，本模組的發展，醞釀而出。由於手機普及，學生又往往偏好其娛樂性，所以，我們引導學生善用身邊易取得又不離身的手機，除了運用其LED提供比色法的光源外，並將顏色與濃度的關係轉變為量化的數據，進行科學研究。我們先篩選數種符合功能需求的應用軟體，引導學生自行選擇，比較各種Apps的功能，熟悉其使用方法，引領學生將手機用於科學的學習用途上。本團隊採用手機為硬體，搭配易於下載取得的免費應用程式(Apps)，搭配雷射切割製作的輔助裝置，將原本的「肉眼觀測」，改為利用手機及Apps的「偵測」，偵測待測溶液的RGB值或lux值(單位面積的光通量)，有效而穩定地提供量化數值，偵測簡便，再現性高，有利於數值分析與進一步的探討與研究。四、應用手機或電腦軟體量化分析，培養學生數據處理的能力本課程設計中，包含了利用手機或電腦軟體分析處理實驗數據的教學，經由作圖分析，了解各種活性炭的吸附特性等。我們在課程中也介紹了一些手機中方便好用的Apps，可供同學現場進行數據的紀錄及作圖，找出圖中的趨勢線，進而以Apps求出數據間的相關係數，可讓同學更懂得如何善用手機的強大運算能力，也讓同學能在實驗的空檔，更容易利用時間迅速而精確地處理數據。較複雜的數據關係分析，如：濃度與lux值或像素的R、G、B值等關係的探究，也可以回到使用手機Apps或電腦的excel程式，同學須觀察原始數據，思考可能的數學關係，進行不同的數據轉換，如：取倒數、取log等，才能取得較佳的回歸關係。在這個過程中，學生也實際參與了科學性質的發現，了解課堂上的知識與定律，是如何透過實驗數據分析歸納而得。 ¾ 課程開發目標一、應用雷射切割技術，設計、產製並組裝自製的比色裝置。二、改變攪拌時間，利用市售活性炭，對結晶紫溶液，進行吸附實驗。三、以手機、Apps及自製比色裝置，代替傳統肉眼觀察(傳統方法)，測量結晶紫溶液的顏色深度，並製作迴歸曲線。四、以利用手機、Apps及自製比色裝置，代替傳統肉眼觀察(傳統方法)，測量經活性炭吸附後的結晶紫溶液之濃度 ¾ 實驗課程內的反應原理與文獻探討結晶紫3（crystal violet）或稱龍膽紫（gentian violet），也稱「甲基紫10B」，是一種三苯甲烷系染料，結構如圖1。圖1. 結晶紫結構活性炭主要是由木頭、木屑、水果殼或煤炭等物質經高溫（600℃ ~ 800℃）乾餾後，使其分解形成低分子量的碳氫化合物和多孔性的碳殘留物，再通以熱空氣或水蒸氣加以活性化。活性炭表面具有許多的毛細孔，這些毛細孔洞內表面及顆粒表面即是吸附作用之所在，這些表面的面積相當大，使得活性炭的比表面積(即總表面積/質量)非常大4。經由比較或測量有色物質溶液的顏色深度，可確定待測成分含量的方法，稱為比色法(colorimetry)。將穿透有色溶液後的光強度，利用光電效應，轉變為電流強度，兩強度呈正比，以之進行比色的定量方法，稱為光電比色法。以比色法測定有色未知物的濃度時，是由二比色管的管口上方，向下俯視，觀察二溶液的顏色深淺，調整某管溶液的液深，直到二溶液的顏色深淺由上方俯視看起來相同為止，此時二溶液的濃度（C1與C2）與液深（h1與h2）成反比。 [1] 式[1]只能測出此二溶液的濃度比，欲求得溶液的確實濃度，必須選擇一已知濃度的標準溶液與其比色，即可依式[1]求得未知溶液的濃度。比色法其原理為比爾–朗伯定律（Beer–Lambert law）5，是光穿透溶液時被吸收的基本定律，適用於所有波長的光，適用於所有會吸光的物質，如：固體、液體、氣體和水溶液。以水溶液為例，一束單波長的光，在通過一定厚度的水溶液後，水溶液中的吸光介質吸收了一部分此單波長光的光能，會使透射光的強度較入射光弱。水溶液中吸光介質的濃度愈高，厚度愈厚，透射光強度的減弱愈顯著，其數學關係式為：其中，A是吸光度(Absorbance)；It是透射光的強度；I0是入射光的強度；T是透射比或穿透度(Transmittance)；a是莫耳吸收係數(L‧mol-1‧cm-1)；b是光穿過水溶液的路徑長(cm)；C是水溶液中吸光介質的濃度(mol/L)。當一束相互平行的單色光，垂直穿透含吸光物質的水溶液時，其吸光度(A) 與光穿過水溶液的路徑長(b)及水溶液中吸光物質的濃度(C)成正比。因此，二溶液的濃度（C1與C2）與其高度（h1與h2）成反比。而目前飲用水色度檢測，是採用環保署所公告之「鉑鈷視覺比色法NIEA W201.52B」6。其原理為視覺比色法，將水樣和一系列不同色度之鉑鈷標準溶液進行視覺比對，測出水樣之色度，比對方式亦可以使用附有校正證明之玻璃製標準色盤進行。一個色度單位，係指1 mg鉑以氯鉑酸根離子（Chloroplatinate ion）態存在於1 L水溶液中時所產生之色度。在某些特殊情況下，可改變鉑和鈷之比例，以接近水樣之色調。 ¾ 實驗課程的教材內容一、實驗目的： […]

《臺灣化學教育》第二十九期目錄／ 2019年1月

Monday , 21, January 2019 編輯助理第29期/2018年01月 Comments Off

《臺灣化學教育》第二十九期（2019年1月）目錄 n 主編的話 u 第二十九期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕 n 本期專題【專題編輯／邱美虹】 u 2019國際元素週期表年(IYPT)／邱美虹〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：追尋元素週期表的歷史軌跡／蔡蘊明〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：開啟化學與週期表的「萬應室之鑰」／陳竹亭〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：門得列夫化學元素週期表最具突破性的研究報告是哪一篇?／邱美虹〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：中文和日文在元素與化學名詞翻譯上的異同／林震煌〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：鉻不叫Chromium，也是五彩繽紛！／李祐慈〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：煉金術經濟學──從商業活動來看現代化學的誕生／蔡文潔、戴桓青〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：同位素之簡介及應用／廖文昌、連經憶〔HTML｜PDF〕 2019國際元素週期表年(IYPT)：化學學習與元素週期表／周金城 [ HTML｜PDF ] u 2019國際元素週期表年(IYPT)：現代藝術家與門得列夫的時空交會／楊水平〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：讓藝術腦撈過界～跨腦學週期表／吉佛慈〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：微量元素，人體中的有感元素！／張榮耀〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：鹵素歷史及生活運用–榮譽、戰爭、醫學／許之音〔HTML｜PDF〕 u 2019國際元素週期表年(IYPT)：美學與化學的邂逅：元素週期表巧拼創作／李雁婷〔HTML｜PDF〕 n 新知報導／化學教育新知【專欄編輯／邱美虹】 u 2018年諾貝爾化學獎／蔡蘊明譯〔HTML｜PDF〕 n 化學實驗／化學實驗含影片【專欄編輯／廖旭茂】 u 綠色化學實驗模組的設計與應用-2：金屬取代模組／廖旭茂〔HTML｜PDF〕 n 課程教材／化學課程與教材【專欄編輯／楊水平】 u 利用另類的多倫試劑學生DIY隨身鏡／方舜雨、蔡家興、楊水平〔HTML｜PDF｜學生手冊〕 n 新知報導／化學教育新知【專欄編輯／李賢哲】 u […]

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