洋菜浓度狂想曲凝胶系统之熔点与浓度的关系

洋菜濃度狂想曲──凝膠系統之熔點與濃度的關係C組李則翰、成協真實驗大綱初步了解洋菜溶液的性質，決定後續實驗基底溶液的濃度。以較簡單的方式製作洋菜塊，以粗略了解在相同濃度的洋菜膠中加入不同種類且不同濃度的溶質對洋菜膠熔點的影響。在儘可能精密的條件下製作洋菜塊，以測量加入低濃度溶質之洋菜膠的熔點，以研究洋菜膠的熔點特性是否也能符合凝固點下降公式。實驗原理:膠態溶液真溶液：溶質的粒子直徑約為10-10m的溶液，平常濾紙無法過濾。

例如：糖水、汽水。膠態溶液：溶質的粒子直徑為10-9~10-7m的溶液，平常濾紙無法過濾。

例如：牛奶、咖啡。懸浮液：指粒子直徑大於10-7m

，普通的濾紙能夠過濾。

例如：混濁泥水。洋菜為膠態溶液。實驗原理:凝固點下降凝固點下降公式(真溶液系統)

溶液的重量莫耳濃度越大，則凝固點越低。

實驗第一部分─不同濃度洋菜的熔點實驗步驟：配製出不同濃度的洋菜溶液（洋菜與水的重量比分別為1：100、1：75、1：50，以及1：25）。於製冰盒中先加入14mL的洋菜溶液，待其完全凝固時，在洋菜塊表面的正中心位置放上兩小塊彩色的橡皮筋〈大小約為2mmX3mm〉，並加入1mL的洋菜溶液，待其再次凝固時，橡皮筋已被包覆在洋菜塊的中心位置。實驗第一部分─不同濃度洋菜的熔點此時，再加入15mL的洋菜溶液，等其完全凝固後即完成中心包覆有彩色橡皮筋的洋菜塊。放兩小塊，而非一塊橡皮筋的目的是為了彌補可能無法剛好放在正中間點的問題。(又，不同濃度的洋菜塊就以不同顏色的橡皮筋來標記，以利於之後熔點的觀測。)實驗第一部分─不同濃度洋菜的熔點將一組洋菜塊(即不同濃度的洋菜塊各一塊，如圖四)，置於裝有約800mL水的燒杯中，並使洋菜塊完全沒入水中。架設溫度計以測量水溫的變化，並以加熱板開始加熱之。注意觀察橡皮筋是否浮出水面，並記錄橡皮筋浮出水面時的水溫。實驗第一部分─不同濃度洋菜的熔點將每一個洋菜塊內之兩段橡皮筋浮起水溫的平均值，視為洋菜塊完全熔化時的溫度，亦即本實驗中所稱之洋菜塊的熔點。同一塊的兩段橡皮筋若浮出時間差異太大，則刪去該組數據。Part1:洋菜塊的熔點單位:℃洋菜：水(重量比)1：1001：751：501：25平均熔點（℃）72.573.278.7不採用Part1:洋菜塊的熔點討論由於洋菜膠為混合物，不具有固定的熔點，而在熔化的過程中，溫度會繼續升高。因此，我們的實驗參考真溶液的熔點測定方法，以固態洋菜塊完全熔化為液態時的溫度作為洋菜的熔點。為了得知洋菜塊是否已完全熔化，我們以彩色的橡皮筋作為標記，當放在洋菜塊正中央的橡皮筋浮出水面時，代表整個洋菜塊已完全熔化完畢，而將當時對應的溶液溫度視為洋菜塊的熔點。

Part1:洋菜塊的熔點結論洋菜塊中洋菜濃度愈高，熔點愈高。實驗第二部份─加溶質洋菜塊的熔點目的：藉此實驗了解加入不同濃度之(蔗糖、食鹽、蔗糖加食鹽)時，洋菜膠的熔點變化情形。實驗步驟：在洋菜與水之重量比為1:100的溶液中，加入溶質，以配製不同濃度的洋菜溶液。配製出含不同濃度溶質的洋菜塊，並測試其熔點。Part1:加糖洋菜塊的熔點單位:℃含蔗糖(%)2%5%10%20%重量莫耳濃度(Cm)0.05920.15370.32440.7313平均熔點（℃）80.269.765.556.1Part1:加糖洋菜塊的熔點(w%)Part1:加糖洋菜塊的熔點(m%)Part2:加鹽洋菜塊的熔點單位:℃含食鹽(%)5%10%12%重量莫耳濃度(Cm)0.901.902.33平均熔點（℃）83.079.871.0Part2:加鹽洋菜塊的熔點(w%)Part2:加鹽洋菜塊的熔點(Cm)Part3:加糖加鹽洋菜塊的熔點單位:℃糖鹽各含(%)1%2%3%4%5%莫耳濃度(Cm)0.3710.7421.1131.4841.856平均熔點（℃）71.8770.4769.1368.0566.95Part3:加糖加鹽洋菜塊的熔點(w%)Part3:加糖加鹽洋菜塊的熔點(Cm‧i)實驗第二部份─加溶質洋菜塊的熔點結論加鹽和糖的洋菜鹽、糖濃度愈高，熔點愈低。加鹽及糖的洋菜的熔點比前兩個實驗還低。討論當溶質的濃度增加時，洋菜塊的熔點呈現下降的趨勢。但是在較高濃度的幾組數據中，每次測量出的溫度差異比低溶質濃度的洋菜塊大出許多，造成高濃度的洋菜塊之熔點較不規則，且參考真溶液的凝固點下降公式通常是在低濃度時有較為線性的關係，因此，接下來的實驗，我們打算用更低濃度的溶質來實驗。討論在加食鹽的洋菜實驗數據中，發現每次實驗數據都不太相同，熔點與食鹽濃度的關係也較沒有線性的傾向。這可能是因為食鹽是電解質，會解離但又不是完全解離，不同濃度的食鹽水溶液的解離度不同，而我們又無法測出各洋菜膠中NaCl的解離度，因此，我們決定在接下來的實驗都改用非電解質的溶質。實驗第三部份─加入低濃度溶質洋菜目的：藉此實驗了解加入不同濃度之溶質(蔗糖、葡萄糖、尿素、乳糖、半乳糖)時，洋菜膠的熔點變化情形。實驗步驟：同前述實驗的方式，配製出含不同濃度溶質的洋菜塊，並測試其熔點。Part1:加糖洋菜塊的熔點含蔗糖(%)0.0%0.2%0.4%0.8%莫耳濃度(Cm)0.00000.00590.01170.0236平均熔點(℃)80.278.978.277.4Part1:加糖洋菜塊的熔點(w%)Part1:加糖洋菜塊的熔點(m%)Part2:加葡萄糖洋菜塊的熔點含葡萄糖(%)0.0%0.4%0.6%0.8%1.0%1.2%1.5%莫耳濃度(Cm)0.0000.0220.0340.0450.0560.0670.085平均熔點(℃)87.586.383.980.578.277.075.9Part2:加糖洋菜塊的熔點(w%)Part2:加糖洋菜塊的熔點(m%)Part3:加尿素洋菜塊的熔點含尿素(%)0.0%0.2%0.4%0.8%1.0%1.2%莫耳濃度(Cm)0.0000.0340.0670.1340.1680.202平均熔點(℃)86.883.883.583.182.579.7Part3:加尿素洋菜塊的熔點(w%)Part3:加尿素洋菜塊的熔點(m%)Part4:加乳糖洋菜塊的熔點含乳糖(%)0.0%0.2%0.4%0.6%0.8%1.0%1.5%莫耳濃度(Cm)0.0000.0060.0120.0180.0240.0300.045平均熔點(℃)81.077.074.674.071.571.369.6Part4:加乳糖洋菜塊的熔點(w%)Part4:加乳糖洋菜塊的熔點(m%)Part5:加乳糖洋菜塊的熔點含半乳糖(%)0.00%0.40%0.60%1.00%1.20%1.50%莫耳濃度(Cm)0.0110.0220.0340.0560.0670.085平均熔點(℃)90.873.974.872.572.672.5Part5:加乳糖洋菜塊的熔點(w%)Part5:加乳糖洋菜塊的熔點(m%)實驗第三部份─加入低濃度溶質洋菜結論由低濃度熔質洋菜熔點實驗結果，顯示洋菜膠溶液似乎如同真溶液一樣，有符合凝固點下降公式的趨勢：溶液的重量莫耳濃度越大，則凝固點越低。討論各溶質實驗數據的比較：蔗糖葡萄糖尿素乳糖半乳糖Kf值(℃/m)112.78157.3625.855239.81114.99R20.91560.94240.80830.86940.9703截距79.83788.27585.8478.66479.812討論由表中數據可知，尿素除Kf值特別小外，R2值也比較小，推論尿素所得數據與其他溶質差異較大的原因，可能是因為尿素是唯一非醣類的溶質，故其與洋菜間的作用力可能會與其他醣類與洋菜間的作用力不同。然而，真溶液系統的凝固點下降應與溶質的種類無關，這部分應再增加其他非醣類溶質的實驗數據以驗證之。討論蔗糖、葡萄糖與半乳糖所得之Kf的平均值為128.38(℃/m)，而乳糖測得之Kf值239.81(℃/m)則約為前述平均值的兩倍，這是否是因為乳糖在實驗過程中產生了水解為兩個單醣的現象，造成所測得的Kf值變為兩倍，而同為雙醣的蔗糖則未產生水解現象，故測得之Kf值與屬於單醣的葡萄糖和半乳糖較接近？這部分需要再針對配置好的洋菜膠中所含之醣類做進一步檢驗，才能獲知此推論是否正確。討論在實驗過程中含尿素與葡萄糖的實驗所使用的洋菜條為同一批號，蔗糖、乳糖、半乳糖則使用另一批號的洋菜條，這之間的差異應該可以解釋為何在截距的部分，尿素與葡萄糖的截距明顯比其他溶質來得高。結論不加添加物的純洋菜膠濃度愈高(洋菜:水的比值越大