中 華 民 國 第 四 十 四 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 國 小 組 化 學 科 080214 臺 中 市 北 區 私 立 育 仁 國 民 小 學 指 導 老 師 姓 名 張 百 美 紀 良 穎 作 者 姓 名 陳 灝 黃 匯 馨 許 惟 妮 駱 玳 盈 張 孜 綿 戴 立 婷
科 別 : 化 學 科 組 別 : 國 小 組 作 品 名 稱 : 廚 房 積 晶 匯 關 鍵 字 : 溶 解 過 飽 和 溶 液 結 晶 編 號 : 1
壹 摘 要 : 在 五 有 關 岩 石 與 礦 物 的 課 程, 小 朋 友 對 礦 物 的 結 晶 感 到 非 常 有 興 趣, 正 好 團 體 活 動 課 在 研 究 溶 解 的 相 關 問 題, 他 們 將 裝 有 過 飽 和 溶 液 的 瓶 子 帶 回 家 觀 察, 有 的 小 朋 友 為 了 防 止 灰 塵 掉 落 而 加 蓋, 有 的 小 朋 友 怕 弄 翻 而 放 在 櫃 子 裡, 還 有 的 小 朋 友 放 在 廚 房 或 冰 箱 內 第 ㆓ 週 當 他 們 將 瓶 子 帶 到 學 校 時, 發 現 每 ㆒ 個 的 溶 液 出 現 的 狀 況 都 不 相 同, 有 的 瓶 底 還 出 現 了 晶 瑩 剔 透 的 結 晶, 這 樣 的 發 現 引 起 了 小 朋 友 想 再 研 究 的 動 機, 於 是 設 計 了 ㆒ 連 串 的 實 驗, 竟 然 讓 每 藏 身 在 廚 房 角 落 的 糖 鹽 味 精 及 ㆒ 些 調 味 品 搖 身 ㆒ 變, 成 了 實 驗 室 的 主 角, 小 朋 友 們 也 由 各 項 實 驗 認 識 許 多 結 晶 物 的 相 關 知 識, 讓 自 然 科 學 變 得 更 生 活 化 小 朋 友 說 : 每 當 看 到 餐 桌 的 菜 餚 又 想 到 美 麗 的 糖 和 鹽 的 結 晶, 飯 菜 都 變 得 更 美 味 可 口, 不 禁 又 多 吃 了 ㆒ 碗 貳 研 究 動 機 : 這 學 期 的 團 體 活 動 課 我 們 在 研 究 溶 解 的 相 關 問 題 我 們 發 現 水 能 溶 解 的 鹽 量 比 糖 量 少 很 多, 就 算 加 熱 後 也 是 ㆒ 樣 但 是 糖 加 得 越 多, 溶 液 就 會 越 來 越 黏 稠, 並 且 糖 水 溶 液 和 鹽 水 溶 液 在 不 同 的 狀 況 漸 漸 冷 卻 後, 在 杯 底 會 出 現 亮 晶 晶 的 小 顆 粒, 看 起 來 比 溶 進 水 裡 的 漂 亮, 我 們 非 常 好 奇 怎 麼 會 這 樣 呢? 有 ㆒ 個 同 學 說 : 我 家 的 浴 鹽 有 紫 色 也 有 紅 色, 它 們 是 相 同 的 東 西 嗎? 另 ㆒ 個 同 學 又 說 : 難 道 這 才 是 它 們 的 真 面 目 嗎? ㆒ 連 串 的 問 題, 引 起 我 們 對 糖 和 鹽 研 究 的 興 趣, 於 是 我 們 決 定 繼 續 研 究 去, 準 備 揭 開 它 們 美 麗 另 ㆒ 面 2
參 研 究 目 的 : ㆒ 認 識 各 種 物 質 ㆓ 探 討 各 種 物 質 的 溶 解 情 形 ㆔ 探 討 不 同 的 操 縱 變 因 對 結 晶 的 影 響 ㆕ 探 討 使 晶 體 變 得 更 大 更 美 麗 的 方 法 五 認 識 其 他 物 質 的 結 晶 和 研 究 晶 體 染 色 的 情 形 六 發 展 活 動 肆 研 究 器 材 : ㆒ 用 具 : 電 爐 鍋 子 酒 精 燈 石 綿 芯 網 ㆔ 角 架 打 火 機 攪 拌 棒 竹 筷 不 銹 鋼 湯 匙 濾 紙 平 秤 水 銀 溫 度 計 酒 精 溫 度 計 燒 杯 量 筒 圓 形 燒 瓶 錐 形 瓶 不 同 材 質 的 罐 子 鐵 架 刮 勺 量 匙 計 時 器 鐵 絲 棉 線 針 車 線 毛 線 釣 魚 線 漆 包 線 玻 璃 棒 吸 水 紙 螺 帽 水 晶 石 碧 璽 硫 磺 石 綿 ㆓ 材 料 : 蒸 餾 水 酒 精 粗 鹽 精 鹽 低 鈉 鹽 白 砂 糖 紅 砂 糖 黑 糖 冰 糖 果 糖 麥 芽 糖 蜂 蜜 明 礬 硫 酸 銅 硼 酸 醋 沙 拉 油 澄 清 的 石 灰 水 紫 色 高 麗 菜 汁 3
伍 研 究 過 程 與 研 究 ㆒ 認 識 各 種 物 質 : (㆒) 由 感 官 : 視 覺 嗅 覺 味 覺 觸 覺 認 識 各 種 糖 和 鹽 表 格 ( 略 ) (㆓) 直 接 加 熱 測 試 表 格 ( 略 ) 推 理 : 可 能 是 糖 裡 含 的 水 分 比 鹽 多, 直 接 加 熱 時 糖 熔 化 成 液 體, 而 鹽 產 生 爆 裂 現 象 糖 燒 到 最 後 會 焦 黑 起 火, 應 該 是 變 成 碳 的 關 係 4
研 究 ㆓ 探 討 各 種 物 質 的 溶 解 情 形 (㆒) 各 加 5 克 的 鹽 或 糖 在 100CC 不 同 的 溶 劑 裡, 觀 察 溶 解 的 情 形 並 用 紫 色 高 麗 菜 汁 來 測 試 溶 劑 的 酸 鹼 性 表 格 略 不 同 的 溶 劑 溶 解 的 情 形 都 不 同, 雜 質 多 或 性 質 濃 稠 的 液 體 ㆒ 般 都 不 是 良 好 的 溶 劑 (㆓) 測 量 溶 解 後 水 溶 液 體 積 和 重 量 的 變 化 情 形 表 格 ( 略 ) 把 糖 和 鹽 分 別 加 入 冷 水 攪 拌, 開 始 的 時 候 溶 解 的 速 度 很 快, 但 是 加 到 最 後, 不 管 再 怎 麼 攪 拌, 糖 和 鹽 都 幾 乎 不 再 溶 解 在 水 加 入 5 克 的 鹽 時, 水 溶 液 的 體 積 等 於 水 的 體 積 加 較 多 鹽 時, 鹽 水 溶 液 的 體 積 增 加 的 情 形 也 不 多, 糖 的 情 形 也 相 同 鹽 水 溶 液 和 糖 水 溶 液 增 加 的 重 量, 幾 乎 都 等 於 加 入 鹽 或 糖 的 重 量 重 量 相 等 的 糖 和 鹽 分 別 加 入 等 量 的 水, 糖 水 的 體 積 增 加 得 比 鹽 水 多, 所 以 物 質 的 體 積 與 重 量 不 ㆒ 定 等 值 將 每 杯 溶 液 靜 置 觀 察 ㆒, 發 現 有 加 熱 的 鹽 水 和 糖 水 溶 液 表 面 都 有 ㆒ 層 厚 厚 的 膜 將 杯 口 封 住, 隨 著 水 溫 的 降, 鹽 水 的 膜 太 厚 時 會 自 己 掉 落 杯 底, 糖 水 就 不 會 掉 落 濃 度 越 高 的 鹽 水 溶 液, 越 容 易 產 生 結 晶, 結 晶 大 多 沈 在 杯 底 結 晶 形 狀 有 正 方 體 和 針 狀, 也 有 少 許 附 著 在 杯 壁, 附 著 在 杯 壁 的 結 晶 大 多 是 呈 單 顆 分 離 的 濃 度 太 高 的 糖 液, 最 後 會 結 成 糖 塊 黏 住 杯 子 無 法 取 出 濃 度 67% 的 糖 水 會 有 少 許 的 結 晶 在 杯 底, 濃 度 70% 以 的 熱 糖 液 很 容 易 產 生 結 晶, 結 晶 形 狀 都 接 近 ㆕ 方 體 在 放 置 觀 察 時, 經 過 ㆒ 週 後, 濃 度 較 低 的 糖 水 開 始 發 黴, 到 了 第 ㆓ 週, 只 剩 濃 度 高 於 70% 的 糖 液 還 沒 有 發 黴, 鹽 水 都 沒 有 發 黴 在 結 晶 出 現 的 時 間, 糖 需 要 放 置 的 時 間 較 久 5
研 究 ㆔ 探 討 加 蓋 與 否, 對 結 晶 的 影 響 方 法 : 每 觀 察 並 記 錄, 觀 察 時 間 為 ㆒ 週, 表 格 ( 略 ) 不 加 蓋 的 瓶 子, 水 溶 液 較 容 易 產 生 結 晶, 而 且 比 加 蓋 的 多 經 過 兩 後, 有 加 蓋 的 的 瓶 口 是 乾 淨 的, 水 量 也 沒 有 減 少 瓶 內 所 產 生 的 結 晶 都 沈 在 杯 底 或 附 著 在 瓶 壁, 不 易 取 出 觀 察, 因 此 決 定 垂 線 試 試 看 發 現 : 經 過 兩 後, 沒 加 蓋 的 鹽 水 瓶 口 會 出 現 白 色 粉 末 狀 的 附 著 物, 瓶 內 的 水 量 也 有 減 少 的 現 象 靜 置 越 多, 白 色 的 附 著 物 越 多, 而 且 順 著 瓶 子 的 外 壁 ㆒ 直 向 長 出 來, 最 後 還 會 爬 到 桌 面, 並 且 瓶 內 的 鹽 水 也 流 到 桌, 而 裝 糖 液 的 瓶 子 沒 有 這 種 現 象, 莫 非 鹽 水 溶 液 會 壁 虎 功 推 理 : 可 能 是 瓶 內 水 分 蒸 發 時 帶 出 了 許 多 鹽 的 微 小 粒 子, 附 在 瓶 口 形 成 的 糖 液 較 濃 稠 而 且 性 質 和 鹽 不 同, 所 以 不 會 有 這 種 現 象 對 於 這 個 狀 況 我 們 感 到 疑 惑, 於 是 做 了 以 的 附 帶 研 究 附 帶 研 究 : 為 何 沒 加 蓋 的 瓶 子 外 壁 會 跑 出 白 色 粉 末 狀 的 東 西? 表 格 ( 略 ) 設 計 實 驗 : 我 們 設 計 了 使 用 不 同 形 狀 的 瓶 子 瓶 口 大 小 不 同 環 境 溫 度 不 同 等 變 因 分 別 來 實 驗 溶 液 溫 度 越 高, 漸 漸 冷 卻 後 晶 體 向 長 得 越 快 瓶 口 白 色 附 著 物 產 生 的 快 慢 : 燒 杯 > 廣 口 瓶 > 錐 形 瓶 瓶 口 較 小 的 容 器, 白 色 晶 體 爬 升 的 速 度 較 慢, 瓶 口 較 大 的 容 器, 白 色 晶 體 爬 升 的 速 度 較 快 推 理 : 加 蓋 和 瓶 口 較 小 的 瓶 子 在 瓶 口 沒 有 產 生 白 色 晶 體, 應 該 是 水 溶 液 不 易 蒸 發 的 關 係 會 向 前 爬 的 晶 體 看 起 來 是 新 長 出 來 的, 不 是 舊 的 晶 體 向 前 爬 所 以 我 們 懷 疑 水 會 流 到 桌, 是 不 是 結 晶 後 顆 粒 之 間 產 生 了 像 毛 細 管 ㆒ 樣 的 細 縫, 使 得 液 體 沿 著 細 縫 前 進, 就 像 毛 細 現 象 ㆒ 樣 93 年 2 月 再 實 驗 ㆒ 次, 結 果 不 會 產 生 溶 液 流 出 來 的 現 象 因 為 今 年 冬 做 實 驗 時 氣 溫 幾 乎 都 在 十 幾 度, 我 們 懷 疑 這 種 現 象 可 能 和 氣 溫 有 很 大 的 關 係 由 於 研 究 ㆓ 研 究 ㆔ 的 實 驗 所 產 生 的 結 晶 都 沈 於 杯 底 不 容 易 取 出, 改 善 方 法 是 在 杯 裡 垂 入 附 著 物 因 此 以 實 驗 只 比 較 垂 線 結 晶 的 重 量, 不 計 沈 於 杯 底 的 結 晶 重 6
研 究 ㆕ 探 討 放 入 不 同 的 垂 線 在 水 溶 液, 對 結 晶 的 影 響 (㆒) 垂 線 種 類 不 同 方 法 :j 將 綁 有 重 物 的 垂 線 放 入 100 的 糖 水 和 鹽 水 k 以 實 驗 都 使 用 過 飽 和 食 鹽 水 和 濃 度 70% 的 糖 液 為 了 要 讓 垂 線 沈 入 水, 在 垂 線 的 末 端 綁 螺 帽 當 重 物, 但 是 螺 帽 浸 泡 在 鹽 水 會 產 生 褐 色 的 鏽, 造 成 晶 體 受 到 污 染, 所 以 重 物 改 用 水 晶 石 但 是 螺 帽 浸 泡 在 糖 液 不 會 產 生 褐 色 的 鏽, 所 以 垂 入 糖 液 的 重 物 仍 用 螺 帽 開 始 測 重 時, 每 兩 測 ㆒ 次, 本 來 設 計 測 重 五 次, 但 是 發 現 每 次 將 垂 線 拿 離 液 體 時, 有 部 分 晶 體 會 掉 落 而 影 響 測 重 的 準 確 度, 因 此 改 為 實 驗 ㆒ 週 後 再 測 重, 而 且 我 們 只 依 照 增 加 重 量 作 比 較 垂 線 原 重 : 垂 線 + 棒 子 + 重 物 的 重 量 垂 線 後 重 : 垂 線 原 重 + 線 結 晶 重 量 ( 表 格 略 ) 鹽 水 的 毛 線 結 成 的 晶 體 最 多, 但 是 比 較 零 散, 棉 線 晶 體 很 多 排 列 整 齊 較 粗 的 棉 線 或 吸 附 性 較 好 的 棉 線, 結 晶 很 多 且 不 易 掉 落 釣 魚 線 不 銹 鋼 筷 漆 包 線 和 鐵 絲 的 表 面 平 滑, 結 晶 少 容 易 脫 落, 能 附 著 在 面 的 都 是 單 顆 分 離 的, 晶 形 非 常 清 楚 免 洗 筷 因 表 面 粗 糙 而 且 細 縫 多, 所 以 結 晶 也 較 細 小 而 密 集 放 置 ㆒ 週 後, 發 現 在 木 筷 糖 和 鹽 的 結 晶 附 著 很 多 也 很 密 集 討 論 : 發 現 在 垂 線, 越 往 瓶 底 處 結 晶 越 大 也 越 多 不 知 是 和 垂 線 長 短 有 關 係, 還 是 和 垂 線 最 方 打 結 有 關 係? (㆓) 垂 線 浸 水 深 度 不 同 ( 表 格 略 ) 垂 線 浸 水 長 度 越 長, 結 晶 越 多, 越 接 近 底 部, 結 晶 越 大 垂 線 太 短 或 太 接 近 液 面, 幾 乎 沒 有 晶 體 附 著 置 於 糖 液 的 垂 線 若 太 長, 會 和 沉 落 瓶 底 的 結 晶 黏 在 ㆒ 起, 使 得 垂 線 無 法 取 出 推 理 : 越 接 近 杯 底, 可 能 是 沉 落 的 晶 體 越 多, 所 以 線 的 結 晶 附 著 也 越 多 7
(㆔) 垂 線 放 置 的 位 置 不 同 ( 表 格 略 ) 垂 線 太 靠 杯 邊, 所 產 生 的 結 晶 小 且 少 垂 線 置 於 杯 子 央, 所 產 生 的 結 晶 多 且 晶 形 清 楚 在 糖 液 垂 線 太 集, 所 產 生 的 結 晶 會 將 所 有 的 線 黏 在 ㆒ 起 而 產 生 較 大 的 結 晶, 鹽 水 沒 有 發 現 這 種 情 形 研 究 五 探 討 溶 液 溫 度 不 同, 對 結 晶 的 影 響 方 法 : 使 用 龍 眼 蜂 蜜 果 糖 麥 芽 糖 白 紗 糖 液 和 精 鹽 水 溶 液 來 實 驗 ( 表 格 略 ) 龍 眼 蜂 蜜 果 糖 麥 芽 糖 實 驗 後, 都 沒 有 晶 體 產 生 溫 差 越 大 越 容 易 產 生 結 晶 研 究 六 探 討 不 同 的 冷 卻 環 境, 對 結 晶 的 影 響 方 法 : 使 用 100 的 溶 液 ( 表 格 略 ) 高 濃 度 的 食 鹽 水 放 進 冷 凍 庫 不 會 結 冰, 高 濃 度 的 糖 漿 放 進 冰 箱 冷 凍 庫 不 會 結 冰, 糖 漿 變 成 糖 膏 將 熱 溶 液 放 進 冰 箱 冷 藏 或 冷 凍, 產 生 急 速 冷 卻 的 狀 況, 所 形 成 的 結 晶 都 比 較 小 將 熱 溶 液 靜 置 室 溫 和 在 熱 水 慢 慢 冷 卻, 所 產 生 的 結 晶 較 大, 也 較 容 易 吸 附 在 垂 線 在 定 溫 器 的 溶 液, 由 於 環 境 溫 度 高 蒸 發 較 快, 液 面 降 也 較 多 在 液 面 有 ㆒ 層 半 透 明 的 硬 膜, 杯 底 有 些 許 的 顆 粒, 線 沒 有 結 晶 附 著 8
研 究 七 探 討 在 垂 線 打 結, 對 結 晶 的 影 響 (㆒) 結 數 不 同 ( 表 格 略 ) (㆓) 結 的 大 小 不 同 方 法 : 利 用 同 ㆒ 個 位 置 打 結 數 量 不 同 來 改 變 結 的 大 小 ( 表 格 略 ) 結 大 的 垂 線, 晶 體 附 著 也 較 多 推 理 : 結 較 大, 附 著 面 積 也 大, 垂 線 的 晶 體 也 較 多, 與 (㆒) 相 同 研 究 八 探 討 加 熱 次 數, 對 結 晶 的 影 響 方 法 : 每 加 熱 ㆒ 次, 每 次 加 熱 到 100, 連 續 作 5, 觀 察 結 晶 變 化 ( 表 格 略 ) 反 覆 加 熱 時, 原 本 已 附 著 在 垂 線 的 晶 體 並 沒 有 被 溶 解, 反 而 ㆒ 次 又 ㆒ 次 的 長 大 探 討 : 若 我 們 改 成 每 更 換 新 的 熱 飽 和 溶 液, 不 知 結 晶 會 有 什 麼 變 化? 發 現 : 發 現 晶 體 長 得 更 快, 晶 體 的 形 狀 更 明 顯 9
研 究 九 探 討 添 加 物 對 結 晶 影 響 ( 表 格 略 ) 在 熱 糖 液 內 加 入 較 多 的 小 蘇 打 粉 時, 杯 內 瞬 間 大 量 起 泡, 有 如 岩 漿 般 的 湧 出, 可 能 是 小 蘇 打 粉 遇 到 熱 溶 液 會 產 生 某 種 氣 體, 又 遇 到 濃 稠 的 糖 漿, 才 會 造 成 這 種 結 果 我 們 懷 疑 難 道 會 是 ㆓ 氧 化 碳? 附 加 研 究 : 我 們 將 產 生 的 氣 泡 內 的 氣 體 收 集 起 來, 與 澄 清 的 石 灰 水 交 互 作 用 時, 石 灰 水 從 清 澈 變 成 混 濁, 並 且 這 種 氣 體 也 會 使 點 燃 的 線 香 立 刻 熄 滅, 因 此 證 明 氣 泡 內 是 ㆓ 氧 化 碳 發 現 : 小 蘇 打 粉 除 了 遇 到 酸 性 液 體 會 產 生 ㆓ 氧 化 碳 外, 遇 到 熱 的 液 體 也 會 產 生 ㆓ 氧 化 碳 10
研 究 十 探 討 在 水 溶 液 垂 掛 不 同 的 物 體, 對 結 晶 的 影 響 ( 表 格 略 ) 垂 掛 物 若 與 浸 泡 的 液 體 相 同 時 不 會 被 溶 解, 經 過 ㆒ 段 時 間 在 垂 掛 物 會 有 小 結 晶 附 著 垂 掛 物 若 與 浸 泡 的 液 體 不 相 同 時 可 能 會 被 溶 解, 水 溶 液 也 會 被 污 染 垂 掛 物 若 是 不 會 被 溶 解 而 且 吸 附 性 又 好 時, 浸 泡 在 過 飽 和 溶 液, 表 面 也 會 附 著 許 多 細 小 的 結 晶, 若 是 物 體 表 面 太 光 滑, 則 結 晶 就 無 法 附 著 在 面 研 究 十 ㆒ 認 識 其 它 的 結 晶 方 法 : 在 熱 的 過 飽 和 溶 液 放 入 棉 線, 以 觀 察 不 同 物 質 的 結 晶 ( 表 格 略 ) 我 們 試 著 將 鹽 的 單 顆 正 方 體 結 晶 和 針 狀 結 晶 及 糖 的 單 顆 結 晶 放 進 熱 的 飽 和 食 鹽 水 和 飽 和 糖 水, 經 過 了 幾, 我 們 發 現 在 單 顆 結 晶 附 著 了 許 多 的 小 結 晶, 在 杯 底 產 生 晶 瑩 剔 透 的 小 結 晶 兩 個 月 後, 原 先 的 結 晶 完 全 被 包 了 起 來 我 們 又 試 著 將 鹽 的 單 顆 正 方 體 結 晶 和 針 狀 結 晶 及 糖 的 單 顆 結 晶 放 進 冷 卻 的 飽 和 食 鹽 水 和 飽 和 糖 水, 經 過 了 兩 週, 我 們 發 現 它 們 很 平 均 的 長 大, 並 且 在 杯 底 產 生 晶 瑩 剔 透 的 小 結 晶 兩 個 月 後, 它 們 被 養 得 更 大, 晶 形 沒 有 改 變, 仍 然 是 單 顆 結 晶, 蔗 糖 結 晶 長 得 比 鹽 大 很 多, 而 且 在 原 先 的 單 晶 還 長 了 幾 顆 小 結 晶 硫 酸 銅 和 明 礬 也 可 以 做 出 以 的 效 果 研 究 十 ㆓ 晶 體 染 色 : 方 法 : 將 不 同 顏 色 的 食 用 色 素 加 到 熱 的 過 飽 和 鹽 水 溶 液 糖 水 溶 液 和 明 礬 水 溶 液 不 同 顏 色 的 染 劑 會 造 成 結 晶 變 色, 但 是 看 起 來 色 素 只 是 附 著 在 結 晶 的 細 縫, 而 不 是 整 個 結 晶 都 被 染 色, 明 礬 結 晶 看 起 來 比 鹽 的 結 晶 清 楚 11
陸 討 論 : ㆒ 從 資 料 得 知, 紅 糖 白 糖 冰 糖 都 是 蔗 糖, 它 們 也 是 碳 水 化 合 物 所 以 當 糖 直 接 加 熱 時, 水 蒸 發 完 後, 就 只 剩 碳 了, 再 繼 續 加 熱 就 會 起 火 燃 燒, 最 後 化 成 了 灰 燼 ㆓ 從 資 料 得 知, 我 們 目 前 食 用 的 鹽 是 來 自 海 水, 它 們 大 部 分 的 成 分 是 氯 化 鈉, 此 外 還 有 氯 化 鎂 和 氯 化 鈣 鹽 溶 解 後 的 微 小 粒 子 隱 藏 在 水 粒 子 間 的 空 隙, 所 以 感 覺 不 太 出 來 食 鹽 的 存 在, 因 此 食 鹽 水 的 體 積 會 小 於 食 鹽 加 水 的 體 積, 鹽 在 高 溫 與 常 溫 的 水 能 溶 解 的 量 差 距 很 小 ㆔ 蒸 餾 水 是 最 好 的 溶 劑, 溶 劑 裏 的 含 水 量 和 溶 質 的 顆 粒 大 小 對 溶 解 的 情 形 都 會 影 響 ㆕ 糖 的 溶 解 量 會 隨 水 溫 升 高 而 增 多, 糖 液 濃 度 大 於 80% 時, 冷 卻 後 在 杯 底 會 有 像 砂 糖 的 小 顆 粒 跑 出 來, 等 到 完 全 冷 卻 後 會 形 成 ㆒ 塊 又 大 又 硬 的 糖 塊 五 濃 度 65% 80% 的 熱 糖 液 靜 置 冷 卻 後, 容 易 產 生 漂 亮 的 糖 結 晶, 這 是 因 為 水 溫 降 低, 糖 的 溶 解 量 變 小, 所 以 才 產 生 糖 結 晶 六 水 溶 液 的 沸 點 和 凝 固 點 會 因 為 溶 液 所 含 物 質 的 量 而 改 變, 所 以 糖 或 鹽 加 得 越 多, 溶 液 的 沸 點 越 高 而 凝 固 點 會 越 低 七 濃 度 70% 的 紅 糖 溶 液 是 深 褐 色, 但 是 結 晶 出 來 的 卻 是 接 近 透 明 的 淡 褐 色 晶 體, 晶 形 和 白 砂 糖 液 產 生 的 晶 體 ㆒ 樣, 看 起 來 也 很 像 冰 糖 八 將 裝 有 水 溶 液 的 瓶 口 不 密 封, 可 以 讓 溶 液 自 然 蒸 發, 使 瓶 內 的 溶 液 濃 度 變 大, 讓 所 產 生 的 結 晶 比 封 瓶 的 多, 產 生 的 速 度 也 較 快 九 晶 體 沿 燒 杯 內 壁 往 爬 的 現 象, 是 因 容 器 沒 有 密 閉 水 分 向 蒸 發, 因 此 液 面 附 近 的 杯 壁 會 先 結 晶, 晶 體 顆 粒 很 小 會 形 成 像 毛 細 管 ㆒ 般 的 小 細 縫, 最 後 溶 液 沿 著 燒 杯 內 壁 及 晶 體 間 的 毛 細 管 往 爬 升,㆒ 邊 爬 又 ㆒ 邊 結 晶, 如 此 持 續 進 行, 使 晶 體 能 沿 燒 杯 內 爬 出 燒 杯, 再 沿 著 燒 杯 外 壁 向 流, 並 且 結 晶 的 面 積 會 向 外 擴 張,㆒ 直 到 杯 內 的 溶 液 不 能 再 升 為 止 十 在 溶 液 放 入 的 附 著 物, 若 表 面 粗 糙 或 吸 附 力 強, 附 著 在 面 的 晶 體 就 會 又 多 又 大 而 且 不 容 易 掉 落 我 們 認 為 水 溶 液 的 垂 線, 有 凝 結 核 的 意 義, 因 此 垂 線 的 粗 細 長 短 打 結 情 形 及 吸 附 性 的 強 弱, 對 晶 體 附 著 的 量 都 會 造 成 影 響 十 ㆒ 水 溶 液 的 垂 線 若 放 置 得 太 靠 瓶 壁, 會 有 ㆒ 側 的 空 間 太 小 而 影 響 晶 體 生 長, 若 能 夠 將 垂 線 放 在 瓶 子 的 間, 晶 體 成 長 的 空 間 較 大, 在 垂 線 的 晶 體 會 結 得 又 大 又 多 垂 線 浸 在 水 的 長 度 越 長, 晶 體 能 附 著 的 面 積 越 大, 垂 線 的 晶 體 也 會 結 得 又 大 又 多 十 ㆓ 將 多 條 線 集 垂 入 糖 液, 不 同 線 糖 的 結 晶 會 互 相 黏 在 ㆒ 起, 最 後 形 成 ㆒ 個 很 多 結 晶 聚 集 的 糖 塊 而 垂 在 過 飽 和 鹽 水 的 不 同 線 的 結 晶 比 較 不 會 黏 在 ㆒ 起 十 ㆔ 對 於 述 的 現 象 我 們 的 推 論 是 : 蔗 糖 分 子 可 藉 已 形 成 的 晶 體 表 面 附 著 新 晶 核 並 形 成 新 晶 體, 所 以 會 ㆒ 個 晶 體 ㆒ 個 晶 體 的 黏 在 ㆒ 起 但 是 鹽 分 子 無 法 藉 已 形 成 晶 粒 的 結 晶 體 表 面 形 成 新 晶 核, 無 法 使 晶 粒 與 晶 粒 間 黏 在 ㆒ 起, 但 可 能 堆 在 ㆒ 起 或 疊 在 ㆒ 起 十 ㆕ 溶 液 的 溫 度 越 高 會 使 得 溫 差 變 大, 晶 體 較 容 易 產 生 因 此, 溶 液 的 溫 度 對 結 晶 的 產 生 有 很 大 的 影 響 十 五 將 熱 溶 液 放 在 室 溫 靜 置 自 然 冷 卻, 能 產 生 較 大 較 完 美 的 結 晶, 可 能 是 因 為 溫 度 慢 慢 降, 晶 體 有 足 夠 的 時 間 慢 慢 聚 集 的 關 係 而 快 速 冷 卻 只 能 產 生 顆 粒 較 細 小 的 晶 體, 可 能 是 因 為 溫 度 急 速 降, 大 量 的 晶 體 ㆒ 起 析 出, 沒 有 足 夠 的 時 間 聚 集 就 沈 到 瓶 底 的 關 係 若 不 斷 的 碰 撞 攪 拌 或 是 急 速 冷 卻, 只 能 得 到 像 粉 末 狀 的 晶 體 十 六 將 晶 體 不 斷 的 放 進 相 同 的 熱 飽 和 溶 液, 晶 體 不 但 不 會 被 溶 解 反 而 會 附 著 更 多 的 晶 體 使 晶 體 長 大 若 放 進 不 同 的 熱 飽 和 溶 液, 有 些 晶 體 會 被 溶 解, 甚 至 還 使 水 溶 液 變 色 十 七 在 溶 液 加 入 雜 質, 有 些 會 影 響 結 晶 的 情 形, 造 成 晶 體 的 形 狀 改 變, 有 的 還 結 成 ㆒ 12
大 塊 有 的 會 造 成 水 溶 液 的 顏 色 改 變, 應 該 是 水 溶 液 的 性 質 也 改 變 了, 例 如 : 在 鹽 水 加 硫 酸 銅 變 綠 色, 在 糖 液 加 硫 酸 銅 變 深 咖 啡 色 十 八 將 小 蘇 打 粉 加 入 熱 溶 液, 實 驗 證 明 會 產 生 大 量 的 ㆓ 氧 化 碳, 造 成 溶 液 膨 脹 而 流 出 杯 外 十 九 我 們 發 現 低 鈉 鹽, 以 氯 化 鉀 取 代 氯 化 鈉, 所 以 它 的 晶 形 和 精 鹽 粗 鹽 都 不 ㆒ 樣, 它 會 層 層 的 堆 積 成 ㆒ 個 塊 狀 ㆓ 十 將 熱 糖 液 不 斷 的 攪 拌 時, 糖 液 裡 會 產 生 像 粉 末 狀 的 白 色 顆 粒, 糖 液 看 起 來 是 白 色 的, 我 們 覺 得 應 該 是 攪 拌 時 將 結 晶 的 結 構 打 亂 形 成 不 完 整 或 不 純 的 結 晶 所 造 成 的 ㆓ 十 ㆒ 在 裝 有 熱 的 過 飽 和 溶 液 的 長 形 容 器 垂 入 棉 線, 因 為 溫 差 大 會 產 生 大 量 的 晶 體, 因 此 可 以 製 作 出 ㆒ 長 串 的 結 晶, 但 是 在 冷 卻 的 過 飽 和 溶 液 晶 體 產 生 較 慢, 所 以 會 很 有 規 律 的 排 列 起 來, 適 合 培 養 單 顆 結 晶 ㆓ 十 ㆓ 將 過 飽 和 的 糖 液 和 鹽 水 硼 酸 和 硫 酸 銅 溶 液 明 礬 和 硫 酸 銅 溶 液 混 合 再 加 熱, 分 別 掛 入 垂 線 結 果 發 現 雖 然 不 同 的 溶 質 溶 解 在 ㆒ 起, 但 是 結 出 來 的 晶 體 橋 歸 橋, 路 歸 路 分 得 很 清 楚 所 以 可 以 證 明, 在 同 ㆒ 杯 鹽 水 結 出 兩 種 不 同 形 狀 的 結 晶, 就 是 不 同 物 質 的 結 晶 從 資 料 得 知, 立 方 體 的 是 氯 化 鈉, 針 狀 的 是 氯 化 鎂 ㆓ 十 ㆔ 我 們 用 食 用 色 素 將 飽 和 的 熱 溶 液 染 色, 得 到 的 晶 體 似 乎 只 有 表 面 或 局 部 變 色, 並 不 是 整 個 晶 體 的 顏 色 都 改 變 了, 應 該 是 結 晶 時 色 素 填 在 晶 體 的 細 縫 而 已 再 用 過 飽 和 的 熱 明 礬 液 染 色 做 做 看, 也 得 到 相 同 的 結 果 ㆓ 十 ㆕ 晶 體 的 形 狀 會 因 物 質 的 不 同 而 不 同, 像 硫 酸 銅 硼 酸 小 蘇 打 明 礬 味 精 糖 鹽 等 所 產 生 的 結 晶 形 狀 都 各 有 特 色 13
柒 結 論 : ㆒ 將 冷 的 飽 和 鹽 水 和 糖 水 靜 置 於 常 溫, 幾 後 溶 液 會 減 少, 杯 底 會 出 現 許 多 晶 瑩 剔 透 的 小 結 晶, 放 置 的 時 間 越 長, 結 晶 越 漂 亮 結 晶 表 面 如 果 太 乾 燥, 就 會 失 去 光 澤 當 熱 的 飽 和 溶 液 快 速 降 溫, 會 有 大 量 的 結 晶 產 生, 鹽 的 結 晶 看 起 來 是 白 色 的 ㆓ 在 過 飽 和 溶 液 加 入 雜 質 時, 會 影 響 晶 體 的 形 成 或 使 水 溶 液 變 質 ㆔ 在 製 作 糖 的 結 晶 時, 要 注 意 線 不 可 以 太 靠 近 瓶 底, 否 則 垂 線 的 結 晶 和 沈 在 瓶 底 的 結 晶 黏 在 ㆒ 起 就 取 不 出 來 又 因 為 糖 的 結 晶 會 互 相 黏 在 ㆒ 起, 形 成 ㆒ 個 很 大 塊 的 結 晶 群, 所 以 使 用 的 容 器 開 口 要 夠 大, 結 晶 才 容 易 取 出 來 糖 製 作 出 來 的 結 晶 很 像 冰 糖 ㆕ 要 製 作 ㆒ 個 大 的 單 晶, 可 以 將 ㆒ 個 小 小 的 晶 體 當 成 種 子 放 懸 掛 在 溶 液, 浸 泡 的 時 間 越 長, 小 晶 體 會 很 平 均 的 長 大 若 要 製 作 出 ㆒ 串 又 大 又 漂 亮 的 結 晶, 可 以 將 熱 的 過 飽 和 溶 液 倒 進 口 徑 適 的 細 長 容 器, 並 在 容 器 央 垂 入 吸 附 性 較 強 的 垂 線 靜 置 在 常 溫 幾 後 再 將 整 串 結 晶 反 覆 的 放 進 熱 的 過 飽 和 溶 液 就 可 獲 得 捌 感 想 : 經 過 了 將 近 九 個 月 的 實 驗 與 探 索, 我 們 對 於 自 己 能 製 造 出 像 寶 石 ㆒ 樣 的 晶 體 真 是 興 奮 的 不 得 了, 也 非 常 感 謝 科 博 館 的 老 師, 對 於 我 們 利 用 網 路 詢 問 的 問 題 都 能 給 予 最 好 的 解 答, 雖 然 解 答 的 內 容 很 深 奧, 但 是 也 激 發 了 我 們 想 挑 戰 問 題 的 決 心 實 驗 對 於 水 溶 液 的 壁 虎 功 我 們 覺 得 這 種 現 象 非 常 有 趣, 決 定 要 對 它 好 好 的 研 究 研 究, 同 時 也 對 廚 房 的 瓶 瓶 罐 罐 產 生 了 濃 厚 的 好 奇 心 我 們 終 於 發 現, 原 來 科 學 不 只 是 在 實 驗 室 而 已, 圍 繞 在 我 們 生 活 裡 到 處 都 充 滿 了 科 學 的 足 跡 14
玖 參 考 資 料 及 其 他 : ㆒ 李 萬 吉, 康 軒 自 然 與 生 活 科 技 第 ㆒ 冊, 康 軒 文 教 事 業 股 份 有 限 公 司,92 年 9 月 ㆓ 蘇 建, 南 ㆒ 自 然 與 生 活 科 技 第 五 冊, 南 ㆒ 書 局 企 業 股 份 有 限 公 司,92 年 8 月 ㆔ 高 源 益, 小 牛 頓 兒 童 科 學 原 (76), 牛 頓 出 版 股 份 有 限 公 司 ㆕ 高 源 清, 小 牛 頓 科 學 百 科 (4), 牛 頓 出 版 股 份 有 限 公 司,1998 年 9 月 1 日 五 Tina L.Seelig, 科 學 爆 米 花, 遠 哲 科 學 教 育 基 金 會,2000 年 10 月 六 紀 斌 雄, 華 ㆒ 兒 童 知 識 寶 庫 (50), 華 ㆒ 書 局,81 年 ㆒ 月 七 紀 斌 雄, 華 ㆒ 兒 童 知 識 寶 庫 (77), 華 ㆒ 書 局,81 年 ㆒ 月 八 高 源 清, 科 學 教 授 (5), 故 鄉 出 版 社,70 年 9 月 10 日 九 陳 從 龍, 科 學 寶 庫 ( ), 國 語 週 刊 雜 誌 社,79 年 元 月 ㆒ 日 十 吳 寶 華, 自 然 科 學 彩 色 辭 典, 華 視 出 版 社,76 年 12 月 十 ㆒ 楊 智 雄, 最 新 科 學 小 百 科, 信 華 出 版 社,80 年 2 月 十 ㆓ 曾 延 埕, 科 學 知 識 百 科, 將 門 文 物 出 版 公 司,79 年 12 月 十 ㆔ 歷 屆 科 展 作 品 專 輯 十 ㆕ http://www.kangba.com/scwjj/article_show.asp?articleid=852 十 五 http://www.pep.com.cn/200310/ca300343.htm 十 六 http://content.edu.tw/primary/nature/ks_ck/chein.html 十 七 http://www.runlu.com/fengchanpinkepu/fmjj.htm 十 八 http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw/questions/answer32.htm 15