化學

化學反應式

化學反應式 (Chemical Equation)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

化學反應式(chemical equation)用來描述在化學反應中參與的物質、計量關係,以及反應發生所需要的環境與條件。

胡適說得好,正所謂「要怎麼收獲就怎麼栽」,化學反應裡收獲的產物(product),反應物(reactant)提供的原子素材可是一點都不可少。在化學反應式中反應物寫在左邊,產物寫在右邊,中間則用箭號(→)連接,箭頭的方向表示反應進行的方向。

所有的化學反應都不會無中生有,必須遵守「質量守恆」、「原子守恆」與「電荷守恆」的原則,將這些原則應用在化學反應的定量計算,便稱作化學計量(chemical stoichiometry)。

十大美麗化學實驗--巴斯德(Pasteur)分離鏡像異構物(Enantiomers)

十大美麗化學實驗--巴斯德(Pasteur)分離鏡像異構物(Enantiomers)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

巴斯德(Louis Pasteur1822-1895,圖一)分離酒石酸鹽的鏡像異構物(enantiomers)榮膺史上最美麗的化學實驗,不過他最著名的實驗其實是用封口與不封口的鵝頸瓶(swan-neck flask)進行細菌培養,證明物體如果能與外在隔絕、或經過高溫處理,便不會腐敗,也不會自然孳生出任何生物,因而推翻「自然發生說」,對生物起源的理論有著重量級的影響。他一生對化學與微生物學貢獻良多,票選第一名的實驗便是他年僅25歲時的傑作。

 

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圖一:巴斯德與他的實驗室

十大美麗化學實驗--戴維 (Davy)利用電解(Electrolysis)分離元素

十大美麗化學實驗--戴維 (Davy)利用電解(Electrolysis)分離元素
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

大自然最奇妙之處,莫過於僅用八十八種天然元素就組成了多采多姿的世界,而科學家終其一生只要發現一種元素就足以名留千古。所以在票選十大美麗化學實驗中,就有三項實驗是有關元素的發現(普利斯利、戴維、居禮夫婦)。談到元素的發現,若英國科學家戴維(Humphry Davy,1778-1829,圖一)說他是第二,絕對沒人敢說是第一。他發現了鹼金族的鈉(sodium,Na)、鉀(potassium,K),鹼土族的鎂(magnesium,Mg)、鈣(calcium,Ca)、鍶(strontium,Sr)、鋇(barium,Ba);而氯(chlorine,Cl)和碘(iodine,I)的發現也與他的貢獻有關。除了元素發現,戴維對現代化學的理論建立也是貢獻良多,更別說戴維一生最大的發現:收一位摺報紙的學徒為助手,這位學徒就是我們現今尊稱的電學之父--法拉第(Michael Faraday)。

圖一:戴維發現了鹼金族的鈉、鉀,鹼土族的鎂、鈣、鍶、鋇;而氯碘的發現也與他的貢獻有關。

十大美麗化學實驗--費雪(Fischer)決定葡萄糖(Glucose)的立體結構

十大美麗化學實驗--費雪(Fischer)決定葡萄糖(Glucose)的立體結構
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

立體化學一般認為源自1848年巴斯德(Louis Pasteur)分離酒石酸鹽晶體,而後於1874年,凡特何夫(Jacobus Henricus van’t Hoff)和勒貝爾(Joseph Achille Le Bel )才確立光學活性的來源:「若有四種不同的原子或基團排列在四面體的頂點,將會形成兩種異構物,而兩者互為鏡像關係。」(詳見 “十大美麗化學實驗--巴斯德(Pasteur)分離鏡像異構物(Enantiomers)”一文)

圖一:掌性中心

十大美麗化學實驗 ─ 克希何夫 (Kirchhoff)、本生 (Bunsen) 開創元素光譜分析

十大美麗化學實驗 ─ 克希何夫 (Kirchhoff)、本生 (Bunsen) 開創元素光譜分析 (Spectrum Analysis)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

圖一:克希何夫(左),本生(右)

在十大美麗化學實驗中除了居禮夫婦發現放射性元素外,唯有克希何夫(Gustav Kirchhoff,1824-1887)與本生(Robert Bunsen,1811-1899)是兩人合作共同做出重大發現。有趣的是,本生是位化學家、克希何夫則是物理學家,他們除了光譜分析之外,分別在化學、物理領域都有卓越的貢獻,是怎樣的機緣讓兩位名滿天下的大師級人物擦出燦爛的火花呢?

十大美麗化學實驗--巴特萊特(Bartlett)合成鈍氣(Noble Gas)化合物

十大美麗化學實驗--巴特萊特(Bartlett)合成鈍氣(Noble Gas)化合物
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

學過週期表的人,一定都知道在整張表的最右邊有一行惰性氣體(noble gas),它們靜靜地躺在那裡,好似過著與世無爭的生活。不過科學家就是愛搞怪,越是乖寶寶的物質,越是要試看看它們能不能和活潑的物質反應,第一位挑戰者便是惰性氣體化學的老祖宗--拉姆謝(William Ramsay1904年諾貝爾化學獎,圖一)

圖一:研究惰性氣體化學的老祖宗--拉姆謝(William Ramsay,1904年諾貝爾化學獎)。

史上十大美麗化學實驗

史上十大美麗化學實驗 (Top 10 Beautiful Chemistry Experiments)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

化學是甚麼?

教授面對這樣的問題,常會笑著把化學的英文辭彙(Chemistry)拆開來講:「Chem is try (化學就是動手試)。」化學的發展正是仰賴不斷的實驗,揭開隱含其中的奧秘。

十大美麗化學實驗--卜利士力(Priestley)發現氧氣(Oxygen)

十大美麗化學實驗--卜利士力(Priestley)發現氧氣(Oxygen)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

圖一:卜利士力發現當他加熱氧化汞時,會產生一種氣體,並將其命名為「去燃素氣體」。

科學發現的剎那是怎麼出現的?教科書裡常見的說法是,把科學發現簡化為某個人在一次事件或實驗中就有的結果。也因此,針對發現的先後順序、獨立性往往都會造成爭執。氧氣的發現,就是一件涉及三人的歷史公案:英國人卜利士力(Joseph Priestley,1733-1804,圖一)、瑞典人舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786,圖二)、法國人拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794) 。

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