有得食又有得玩的家中科學實驗
二零二四年一月 第三期
有得食又有得玩的家中科學實驗
在初中科學科中，我們學到水會在不同物態間轉換。今天筆者將教大家在家中進行簡單科學實驗，探究水和牛奶在不同物態之間的變化。完成實驗後，我們會得到凝固的抹茶牛奶，灑上開心果碎後就成為抹茶開心果牛奶沙冰，既可以做實驗也不會浪費食物。文末附上實驗材料和工具，歡迎讀者在家中一同安全地進行科學實驗。
實驗步驟：
- 將400毫升牛奶與抹茶粉及煉奶混合，然後平均倒入兩個密實袋，封口備用。
- 將300克冰塊倒入大碗甲（實驗組），另外300克冰塊則倒入大碗乙（對照組）。
- 量度及記錄兩個大碗內冰塊的溫度。
- 在大碗甲內的冰塊表面灑上餐桌鹽，並用筷子攪拌均勻。
- 將兩個裝有抹茶牛奶的密實袋分別放入大碗甲和大碗乙，並將冰塊蓋上密實袋。
- 每隔2分鐘量度及記錄大碗內冰水的溫度。
- 10分鐘後，取出密實袋，觀察牛奶的形態。
- 完成實驗後，在凝固的牛奶沙冰上灑上開心果碎後即可食用。
在這次實驗中，我們能觀察到三個現象：一，浸泡在大碗甲中的牛奶會凝固成固體，而浸泡在大碗乙的牛奶則不會凝固；二，在實驗開始時，兩個大碗內冰塊的溫度均為0°C，但隨後大碗甲內的水溶液（鹽水）的溫度逐漸降低至零下14°C，而大碗乙則依然為0°C；三，大碗甲的表面有霜形成，而大碗乙的表面則只有液態水珠凝結。
為何鹽水能降至零下14°C也不會結冰？接下來，我們將會逐項現象解釋。首先，當水凝固成冰時，每一個水分子都以四個氫鍵連接四個周圍的水分子，形成冰晶，此時水的凝固點為0°C。當我們加入餐桌鹽（氯化鈉）時，鹽溶解於冰塊表面的水中，帶正電的鈉離子與帶負電的氯離子吸引水分子，破壞水分子之間的氫鍵。由於鈉離子和氯離子妨礙冰晶的形成，鹽水的凝固點下降，這能解釋為何大碗甲內的鹽水溫度能低於水本來的凝固點，即0°C。由於大碗甲內鹽水的溫度達-14°C，牛奶的熱能被鹽水吸收，溫度下降至低於凝固點，因而凝固成固體。
至於為何大碗甲的表面有霜形成，原因是大碗甲的表面溫度降至水的凝固點以下，空氣中的水汽聚集在大碗甲表面，並不經過液態直接凝結成冰晶，這個過程稱為凝華。相反，由於大碗乙表面溫度高於水的凝固點，空氣中的水汽凝結成液態水珠，這個過程稱為凝結。
考考大家，如果將更多的餐桌鹽加入相同數量的冰塊中，溫度會有甚麼變化？
實驗材料和工具：
冰塊 600克（實驗組300克+對照組300克）
餐桌鹽 100克
牛奶 400毫升（實驗組200毫升+對照組200毫升）
開心果碎 適量
抹茶粉 適量
煉奶 適量
大碗2個
小型密實袋2個
溫度計2枝
筷子1對
注意事項：
冰塊與鹽混合後溫度會降至攝氏度零下，請小心慎防凍傷。
參考資料
唐宇煇（2010）。香港的結霜天氣。檢自： https://www.hko.gov.hk/tc/education/weather/weather-phenomena/00037-frost-in-hong-kong.html
國立科學工藝博物館科學學習中心（2014）。化學應用：國小-5分冰淇淋。檢自：https://slc.nstm.gov.tw/Teaching/Details.aspx?Parser=99,4,27,,,,228
生物科
詹愷盈老師
香港濕地常見植物—蘆葦
香港濕地常見植物—蘆葦
蘆葦（Phragmites australis），又名蒹葭，是一種禾本科多年生的草本植物。蘆葦是香港原生植物，常見於淡水沼澤、池塘、河岸和濱海沼澤等濕地。蘆葦的桿直立而中空，一般高1-3米，葉片呈披針狀向兩邊生長，常下垂（葉彥、葉國樑、陳栢健、梁海菊，2015）。蘆葦的根狀莖發達，能快速向四周生長而形成大片群落。香港現時最大片的蘆葦叢位於米埔，佔地約46公頃，同時亦是廣東省其中一片最大型的蘆葦群落（世界自然基金會香港分會，2017）。
蘆葦叢是各種生物理想的覓食和棲息地，生物多樣性極高。大量無脊椎動物在這裏棲息，成為候鳥重要的食物來源。每年冬天，不少候鳥都會前往米埔的蘆葦叢覓食，為遷徙旅程補充體力。另外，大片蘆葦床也是一個天然過濾器。當污水流過蘆葦床時，沉澱、過濾和吸附等作用有助淨化水中污染物例如重金屬和懸浮固體，改善水質（賴明洲、薛怡珍、黃士嘉、楊璦華，2004）。
除了豐富的生態價值外，蘆葦自古以來還有很多功用。例如《本草綱目》記載蘆葉能「治霍亂嘔逆，癰疽」，而現在中醫學則把蘆根入藥，有清熱解毒的功效（李甯漢、劉啟文，1997）；蘆葦桿含有大量纖維，加工後可用來造紙和人造纖維；除此之外，人們還會將蘆葦編製成蓆和屋頂，或把蘆葦扎起成為籬笆。時至今日，我們依然能在各地發現不同活用蘆葦的例子，大家不妨多留意出現在身邊的蘆葦相關製品。
參考資料
世界自然基金會香港分會（2017）。＜動植物小檔案：蘆葦叢 候鳥棲息地＞。 於2021年4月8日擷取自網站：http://www.mingpaocanada.com/tor/htm/News/20170105/HK-gfy1_er_r.htm
李甯漢、劉啟文（1997）。香港中草藥第七輯。香港：商務印書館。
葉彥、葉國樑、陳栢健、梁海菊（2015）。香港水生植物圖鑑。香港：漁農自然護理署。
賴明洲、薛怡珍、黃士嘉、楊璦華（2004）。濕地植物去污淨化功能與選種建議。台灣林業，30(4)，44-51。檢自：https://www.forest.gov.tw/0000104/0000433
生物科老師
詹愷盈
植物的神奇適應—乾旱篇
植物的神奇適應—乾旱篇
地球的生境千變萬化，有潮濕炎熱的熱帶雨林，亦有乾燥寒冷的高原地帶。為了適應不同環境，生物在進化的過程中發展出不同形態和生理機制來應對各種挑戰。在水資源匱乏的荒漠地帶，生物必需面對高溫和極旱的嚴峻環境，由於生存環境惡劣，這些地區往往寸草不生。然而，有植物卻發展出一系列的適應，成功在極端環境中生存，而今天要介紹的梭梭（Haloxylon ammodendron）就是其中一個典型例子。
梭梭是一種多年生小喬木，有時呈灌叢狀，生長在溫帶和亞熱帶的乾旱地區，例如沙漠和岩壁。梭梭是典型的旱生植物，不僅耐旱和耐鹽，亦能在地表溫度高達80℃的情況下生存（盧筱莉、郭靖、寧虎森、吉小敏、高明月，2010）。梭梭主要分佈在中國西北部、蒙古、哈薩克等亞洲國家的乾旱地帶，常被廣泛種植來鞏固沙土。
梭梭之所以能在惡劣環境下生存，全賴其極佳的適應能力。梭梭的根系十分發達，肉質的根部深而廣，垂直根系一般能生長至5米深，水平根則能延伸至10米廣，能有效地在乾旱的荒漠中吸收地下水（賈志清、盧琦、郭保貴、趙明、梁遠強，2004）。另外，梭梭的樹皮呈厚海棉狀，能儲存雨水作儲備。至於梭梭的葉片則退化成細小鱗片狀，減少水分蒸發流失（賈志清等人，2004）；另一方面梭梭亦通過滲透調節降低細胞的滲透勢，增強吸水和保水能力（郭泉水、譚德遠、劉玉軍、王春玲，2004）。有趣的是，梭梭還會在夏天休眠以抵抗高溫和乾旱。當環境變得極端高溫時，梭梭會減慢或停止生長。部分枝條由嫩綠色變成深綠色，最後枯萎脫落，而子房中的胚胎亦暫時停止發育，直至氣溫下降（何江峰、房永雨、趙小慶、劉紅葵，2015）。
就是以上一系列的適應，梭梭成功在乾旱的環境中生存，成為少數能扎根於荒漠地帶的植物。生物在面對環境挑戰時的應對方式有時會超乎我們的想像，而這些神奇的適應亦讓生物在不同環境中生存和繁殖，慢慢塑造出地球各個生態群落。
參考資料
何江峰、房永雨、趙小慶、劉紅葵（2015）。梭梭的研究進展。畜牧與飼料科學。36(12)，94-98。檢自：http://xmysl.imaaahs.ac.cn/CN/abstract/abstract8433.shtml
郭泉水、譚德遠、劉玉軍、王春玲（2004）。梭梭對干旱的適應及抗旱機理研究進展。林業科學研究，17(6)，796-803。檢自：http://www.lykxyj.com/article/id/20040618
賈志清、盧琦、郭保貴、趙明、梁遠強（2004）。沙生植物—梭梭研究進展。林業科學研究，17(1)，125-132。檢自：http://lykxyj.xml-journal.net/article/id/20040120
盧筱莉、郭靖、寧虎森、吉小敏、高明月（2010）。克拉瑪依市減排林區外圍自然植被數量特徵分析。林業資源管理，0(4)，54-57。檢自：http://www.lyzygl.com.cn/CN/abstract/abstract1633.shtml
生物科老師
詹愷盈