聖誕樹─廚房裡的科學外一章

備課時想到第四單元─廚房裡的科學，心裡一直很猶豫，最後要做果凍來吃嗎？怎麼看市售的果凍粉都覺得給孩子們吃下肚，是在殘害國家幼苗，一直思索該怎麼讓孩子有別的東西可以玩，取代吃這可怕的果凍(當然該進行的實驗還是要進行的，只是做完後它並沒有要進肚子裡)。最後決定，讓孩子們來玩聖誕樹。

打算配合聖誕節，讓每個孩子做一棵尿素結晶聖誕樹，在網路上搜尋了一下資料，似乎沒有人把操作步驟寫得很詳細完整，想要讓學生能一次就成功完成結晶，只能靠自己先玩一次了。

從維基百科上得到尿素在攝氏20度時的溶解量是108g/100ml，自己一開始是先以10ml的水溶解11g的尿素，發現能夠完全溶解，所以又再多加1g，也就是以10ml的水溶解12g的尿素來當我的尿素水溶液。

準備了一般牛奶或豆漿瓶的瓶蓋來當聖誕樹的基座，這個瓶蓋外部的直徑大約4公分，因此自己設計了底部為3.2公分的模板，這樣給不會畫樹的學生有一個快速繪製聖誕樹的工具，而他們畫出來的底部大約為3.6公分，剛好可以穩穩地站在瓶蓋裡。

自己手很笨，所以想到了應該先準備板模，以免有些孩子沒辦法完成最基本的步驟

 

給學生以2小張西卡紙繪製聖誕樹，然後再將中間線分別上下端剪開，穿過去後聖誕樹即可站穩。

而以水10ml溶解12g的尿素得到的尿素水溶液大約是20ml，這樣可以裝滿2個豆漿瓶蓋，即是可以給2個學生使用，而以這樣的尿素水溶液製作出來的聖誕樹(12/11晚上8點多開始吸水，到12/14晚上拍照)，雖然效果沒有市售的聖誕樹效果好，但是也還算不錯。 

以10ml的水溶解12g尿素製作的水溶液完成的尿素結晶狀況

底部就是豆漿罐子的蓋子

尿素結晶的樣子

在網路上撈到的資料有針對不同的紙質進行比較，說到使用牛皮紙來進行聖誕樹的結果最好，因此也使用牛皮紙做了一棵聖誕樹，在進行的過程中發現，牛皮紙的吸水速度並沒有比西卡紙速度快，而且不知道甚麼因素影響，有某些角落水一直吸不過去，直到所有的尿素水被吸光了，那個位置還是沒有受到影響(塗上去的螢光筆顏色一直保持原狀)。

實驗結果發現它的結晶狀況真的比較好，但是因為2棵聖誕樹的外型稍有差異，多了一種變因，基於實事求是的科學態度，再度製作2棵外型一樣的聖誕樹，使用同一杯調製出來的尿素水，並且同時到入尿素水，唯一改變的變因就是紙的材質，等3天後，再來看看最後的結果會如何！

右上角用橘色螢光筆塗上去的部分一直保持原狀

不過值得一提的，兩棵聖誕樹是使用同樣的色筆塗顏色，西卡紙呈現的結晶是比原本顏色淡的結晶，但牛皮紙的結晶顏色很多變。

兩棵使用相同色筆不同紙張做出來的聖誕樹，顏色竟然差異很大

牛皮紙製作的聖誕樹最終的樣子

為了比較西卡紙和牛皮紙結晶的差異，將2棵相同造型的聖誕樹，倒入一樣濃度的尿素水，一樣使用原子筆描邊、使用同樣顏色螢光筆塗顏色，過程中發現西卡紙的吸水速度快很多，大約7個小時整棵樹就已經吸滿了水並開始慢慢出現結晶，而牛皮紙因為上面多一層膜，吸水速度超慢，但10個小時時只有底部吸了水，也慢慢出現結晶。

西卡紙聖誕樹大約在50個小時之後已經全乾、結晶狀態不再改變，但此時牛皮紙聖誕樹才正要長出結晶來。直到84小時後，因為相機另有用途結束縮時攝影，此時的牛皮紙聖誕樹的尿素水溶液已經吸乾，也大概完成該有的結晶樣子。

經過這次相同條件的比較發現，結晶顏色原來也受描邊筆的影響，這次的都用原子筆描邊，所以2棵樹的顏色都跟螢光筆的顏色不太一樣，然後也發現樹的形狀真的會影響結晶速度和狀態，以上資料提供給大家參考。

84個小時後牛皮紙聖誕樹的狀態

西卡紙聖誕樹從50個小時後狀態都差不多

學生作品展示

310原本結晶、顏色很漂亮的一棵聖誕樹，隔一晚卻損壞了，真可惜！

311成功作品

311成功作品

311成功作品

308成功作品

307同一組結晶都不錯的作品

305成功作品

305過了一個星期杯底還有水，結晶狀況不佳

309成功作品

309成功作品

306成功作品

306成功作品

306成功作品

指導完7個班級製作尿素聖誕樹深深覺得，除了水溶液的濃度之外，天氣也是影響結晶的一個很重要的因素，後面幾個班級因為遇上了下雨天，濕度極高，原本晴天只要2~3天就可以完成結晶，最後2個班級硬是過了將近一星期到天氣放晴才長出漂亮的結晶，也因此超過了聖誕節，讓小朋友稍稍失望了。