絕對零度與虛空的世界

Posted in: Chemistry 化學- 三月 15, 2011 No Comments

你是否想過為什麼常常聽到"高熱達數千度"等說法,但總沒聽過"寒冷到零下幾千度"? 這世界上的溫度高者甚高,但為什麼當我們碰觸到達零下一百多度就似乎已經到達了極限。 絕對零度(absolute zero)是熱力學的最低溫度,但此為僅存於理論的下限值。其熱力學溫標寫成 0K,等於攝氏溫標零下273.15度(?273.15℃)。

化學過新年-煙火焰色

Posted in: Chemilosophy 化學哲學, Chemistry 化學- 二月 13, 2011 No Comments

每年過年與元旦的時候,都能看見許許多多美麗的煙火.但我們可曾想過,這些美麗的煙火背後所應用的是怎樣深刻的化學原理呢? 煙花的化學原理和爆竹大同小異,其結構都包含黑火藥和藥引。燃放煙花後,產生化學反應引發爆炸,而爆炸過程中所釋放出來的能量,絕大部分轉化成光能呈現在我們眼中。製作煙花的過程中加入一些發光劑和發色劑能夠使煙花放出五彩繽紛的顏色。 發光原理為金屬鎂或金屬鋁的粉末氧化。當這些金屬燃燒時,會發出的強光及熱能。發色劑是一些金屬化合物。金屬化合物含有金屬離子。當這些金屬離子被燃燒時,會發放出獨特的火焰顏色。不同種類的金屬化合物在燃燒時,會發放出不同顏色的光芒。如:氯化鈉和硫酸鈉都屬於鈉的化合物,他們在燃燒時便會發出金黃色火焰。同理,硝酸鈣和碳酸鈣在燃燒時會發出磚紅色火焰。煙花便是利用金屬的這種特性製成的。製作煙火的人經過巧妙的排列,決定燃燒的先後次序。這樣,煙火引燃後,便能在漆黑的天空中綻放出鮮豔奪目、五彩繽紛的圖案。 金屬離子 火焰顏色 鉀(K+) 紫色 鈉(Na+) 金黃色 鈣(Ca2+) 磚紅色 鎂(Mg2+) 白色 鋁(Al3+) 白色 銅(Cu2+) 藍綠色 鋇(Ba2+) 蘋果綠色 鐵(Fe3+) 紅色但無火焰 以上是一些常見的金屬離子,可以看出各種不同離子在燃燒時產生的焰色相當多變,也因此能夠組合成各種美麗的煙火. 每當我們注目著美麗的煙火時,也別忘了科學家們辛勤研發美麗煙火的辛勞!

化學過新年-線香

Posted in: Chemistry 化學- 二月 11, 2011 No Comments

每當到了過年的時候,宗教祭祀活動總是避免不了香燭。但線香的材料中,到底有哪些物質呢? 我們就先從其製作過程去找答案吧~ 線香的製作過程(摘自維基百科): 線香的製法 線香的製作係採直徑約10公分的竹筒,截成長約36公分的小段,再削成寬3公分多的竹片,然後多次對半剖成直徑約0.3公分的細長「香腳」,接著將整把香腳泡水,上端沾黏使用32種中藥材混合而成的香粉,下端則沾黏紅色香粉,即告完成。1支香從剖竹到完工約需3至5天。 由此可知其香氣主要來自於中藥材,而中藥材中主要是以植物性的香料為主(如乳香,沒藥,龍腦香等等),因此其中的化學物質主要是以碳為主的各種有機化合物,尤其是各種酯類(具有R-COOR’結構)與各種醛類(具有R-CHO結構)者。合理上而言,由於其香氣主要來自於中藥材,因此對人體大致上是不會有負面影響的,但現在的科技相當發達,以化學香料取代原本的植物香料變成了普遍的主流方向,因此不肖業者在香中也會添加某些較為便宜的人造香料,在燃燒後產生對人體有害的氣體如:丙酮、甲醛、甲苯、二甲苯、氯苯等致癌物質。 由此我們可以了解到雖然科技的發展帶給我們生活許多方便,但也連帶的挑起一些副作用,以往虔誠恭敬的焚香行為,現在都必須更加注意是內的通風以免惹癌上升。或許,這也是當初制訂禮節與習俗的老祖宗們始料未及的吧。

化學過新年-硝酸鉀

Posted in: Chemistry 化學- 二月 08, 2011 No Comments

大家都有過在新年放過鞭炮的經驗嗎? 大家都了解鞭炮裡面到底是甚麼樣的化學物質引發小型的爆炸嗎? 現在就讓我們一起來揭曉吧。 就是這不起眼的白色結晶-硝酸鉀 硝酸鉀是鉀的硝酸鹽,分子式KNO3。外觀為透明無色或白色粉末,無味,比重(水=1)為2.11。在水中的溶解度為13 g/100mL(因溫度而異,溫度越高溶解度越高,在其他化學物質之中,硝酸鉀溶解度變化是相當明顯的)。 潮解性較硝酸鈉為低,有冷卻刺激鹽味。溶於水,稍溶於乙醇。 主要用途是製作火柴頭及煙火以及黑火藥、肥料、玻璃、燈蕊、醃肉,此外菸草、冶金、分析化學上亦常用之。對敏感牙齒有舒緩作用,所以有很多牙膏也有硝酸鉀。 而爆竹又是怎麼產生爆鳴聲的呢?由於爆竹是中空的細管,裡面充滿空氣,經過硝酸鉀被點燃之後,內部的空氣受熱膨脹,會擠壓爆竹的管壁,空氣壓力在短時間內迅速強化之後便會形成小型的爆炸壓破管壁,就會聽見許多霹霹啪啪的聲音,這就是爆竹的來由。 但中國歷史上也有人曾經異想天開,將爆竹綁在椅子上,試圖讓自己藉由爆竹的噴發而升空,可惜最後不僅升空失敗,還因為爆竹的爆炸而送上自己的一條小命,由此我們也可以了解在玩爆竹的當下,仍然有許多安全上的細節需要謹慎注意。例如保持適當的距離,保護好自己裸露的皮膚與雙眼,這些都是過年時玩爆竹需要注意的重點。如此,我們才能在歡樂的氣氛中,迎接新年的到來。

煉丹術-丹砂

Posted in: Chemistry 化學- 一月 30, 2011 No Comments

在煉丹術的主要物質中,還有一種物質是人們至今依然經常使用,並且隨處都可以見到蹤影的化學物質:丹砂,也就是硫化汞。 丹砂又稱辰砂、硃砂、赤丹、汞沙,是硫化汞的天然礦石,大紅色,有金剛光澤至金屬光澤,屬三方晶系。 產於石灰岩,板岩,砂岩中。分佈湖南,湖北,四川,廣西,雲南,貴州。 未依法炮製的硃砂有鉛等重金屬;就算依法炮製,純硫化汞還是有些毒性,內服不可過量或持續服用,以防汞中毒,忌火,火則析出水銀,有劇毒。 硃砂主要成份為硫化汞,但常夾雜雄黃,磷灰石,瀝青質等。硃砂有無鎮靜催眠作用,認識不甚一致,有解毒防腐作用,外用能抑制或殺滅皮膚細菌和寄生蟲。硃砂為汞的化合物,汞與蛋白質中的疏基有特別的親合力,高濃度時,可抑制多種酶和活動。進入體內的汞,主要分佈在肝腎,而引起肝腎損害,進而直接損害中樞神經系統。 但丹砂並非僅僅在煉丹術上使用,古代的人們性別歧視相當嚴重,因此透過守宮砂來標示女性是否已經發生過性行為,守宮砂的原料之一便是利用丹砂來製作的。關於守宮砂的最早記載出現在晉朝張華所著的《博物志》中,其中記述守宮砂是漢朝東方朔向漢武帝傳授一種檢驗女子是否是處女的方法。傳說守宮砂的製作方法主要分兩種說法,第一種說法是把守宮(就是壁虎的古稱)裝在容器內,每日餵其硃砂,當守宮吃硃砂吃到七斤左右時就會變得全身通紅,然後把守宮放到石臼裡面,用大杵搗至萬下,得到的朱泥就是守宮砂。第二種說法是,守宮四爪之間有一塊天生的硃砂,將其取出就是守宮砂。將守宮砂點到女子的手臂或肚臍處,水洗不掉,如果沒有性交將終身不會褪色,如果有性交的話,則顏色褪去消失。 守宮砂的使用與製作方法使得此種物質被染上一層神秘的色彩,但在現代意識逐漸開放的社會中,已經不再需要使用守宮砂來標示女性的身體。而透過化學物質的分析,我們也能開始瞭解硃砂終究是帶有毒性的物質,因此在生活中除了印章的印泥以外幾乎不會再使用。硫化汞的記憶似乎隨著過往的歷史而一同被封存再過去的歲月之中,但喜愛歷史與科學的人們,終究能打開塵封的歷史,看見珍奇的各種世界。

煉丹術-雄黃

Posted in: Chemistry 化學- 一月 28, 2011 No Comments

雄黃礦石,閃爍著黃色的光澤,但可有著劇毒呢! 雄黃,α-As4S4又稱作石黃、黃金石、雞冠石,是一種含硫和砷的礦石,質軟,性脆,通常為粒狀,緊密狀塊,或者粉末,條痕呈淺桔紅色。雄黃主要產於低溫熱液礦床中,常與雌黃(As2S3)、輝銻礦、辰砂共生;產於溫泉沉積物和硫質火山噴氣孔內沉積物的雄黃,則常與雌黃共生。不溶於水和鹽酸,可溶於硝酸,溶液呈黃色。置於陽光下曝晒,會變為黃色的雌黃和砷華,所以保存應避光以免受風化。加熱到一定溫度後在空氣中可以被氧化為劇毒成分三氧化二砷,即砒霜。

化學鍊金術-煉丹

Posted in: Chemilosophy 化學哲學, Chemistry 化學- 一月 25, 2011 No Comments

晉朝化學家與煉丹術士葛洪,其著作「抱朴子」間接影響了之後的煉丹學與化學醫學的影響。 鍊金術在西方以冶煉出黃金或賢者之石為主要目標;而在東方的鍊金術則以練出長生不老藥為主要的方向。中國的道家講究性命雙修,也就是內在的哲學與智慧修煉到了超凡入聖的階段時,外在的肉體也必須要有相應的健康狀況以達成弘揚思想的效果。因此在道家的古書中不乏讀到某些對仙人的描述:「童顏鶴髮、面色紅潤、目如朗星」。透過這些文字的描述,我們可以想像道家的丹派所追求的是個甚麼樣的外在形象。

元素金-奈米金

Posted in: Chemilosophy 化學哲學, Chemistry 化學- 一月 23, 2011 No Comments

奈米科技在近年來成為科技業的寵兒,無論是怎樣的科技產物只要掛上奈米兩個字似乎就成為了工業界的熱門商品。但真正的奈米又是指什麼呢?基本上,在長度單位下,國際所通用的公共單位是公尺(meter),簡稱為米(m),而奈米便是指,其比例是10<sup>-9</sup> m的長度,標記為奈米(nm),而在這樣極短的長度下,許多化學物質會呈現出與巨觀下完全不同的化學性質,因此稱為奈米科技。一般所用的奈米材料是指有單一個方向的長度是100 nm以下的特殊化學物質,奈米金就是其中一種。 而奈米金在生活中究竟有哪些用途呢?由於當物質在長度變得極度微小的時候,在光線通過時與日常生活巨觀下所吸收的光線波長並不相同,也因此容易產生落入可見光區(紅橙黃綠藍靛紫色光)的互補色,使我們得以看見不同的色彩。就如同我們在日常生活中所看見的黃金是閃亮耀眼的金黃色,但在奈米等級的大小時,黃金顆粒的色彩可以是紫色深紅色甚至是黑色。根據這種色彩的特性,人們在很早以前,便懂得拿奈米金當作紅寶石色玻璃或陶瓷的原料,最有名的例子便是西元前 4 ~ 5 世紀的羅馬酒杯。正常的狀況下我們看到的酒杯是綠色,但如果光是從酒杯內照出酒杯外時,穿透光卻是紅寶石色。 而也因為尺寸大小直接的影響了奈米金粒子的色彩改變,因此科學家便想盡一切辦法,讓奈米金在醫學上可以派得上用場。透過奈米金在人體內不同的器官與組織可能會因為環境的改變而凝聚或是分散產生不同的顆粒大小,並且產生色彩的變化,就能夠針對人體的健康狀況做出檢驗。目前有一部分的驗孕劑就使用奈米金來製作,利用的就是孕婦體內有特殊荷爾蒙HCG使得奈米金粒子顆粒改變呈現紅色的特殊原理。 現在就讓我們看看關於有趣的奈米金的小影片吧:

元素金-王水

Posted in: Chemistry 化學, Chemknowledge 化學知識- 一月 21, 2011 No Comments

? 王水 (Aqua Regia),又稱王酸、硝基鹽酸,是一種腐蝕性非常強、冒黃色煙的液體,是硝酸和鹽酸組成的混合物,其中混合比例為1:3(體積比) ,是少數能夠溶解金和鉑的物質之一。這也是它的名字的來源。不過一些非常惰性的金屬如鉭(Ta)不受王水腐蝕。王水中含有硝酸、亞硝醯氯、氯等強氧化劑。王水中也含有高濃度的氯離子,能跟金屬離子形成穩定的絡離子,有利於向金、鉑溶解方向進行。由於王水與銀反應在銀表面產生氯化銀(AgCl)白色沉澱覆蓋住銀,而阻礙進一步反應,銀幾乎不溶於王水。

銀金屬-硝酸銀

Posted in: Chemistry 化學- 一月 08, 2011 No Comments

好奇這個影片中的銀是怎麼鍍上去的嗎?