化學

可逆與不可逆過程、絕熱與等溫膨脹的差別（下）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

連結：可逆與不可逆過程、絕熱與等溫膨脹的差別（上）

二、絕熱與等溫可逆膨脹

理想氣體在等溫可逆膨脹的情況，已如上述說明，現將上篇圖一的裝置及操作方式稍做修改，即容器並非浸入等溫槽，而是處於絕熱狀態，亦即系統和外界間没能熱量的交換$$(\mathrm{d}q = 0)$$，其餘的操作則完全相同，為一可逆過程。當膨脹開始時，系統對外作功，因為是絕熱狀態無法對環境吸熱，因此將造成內能減少$$(\mathrm{d}U = \mathrm{d}q + \mathrm{d}w)$$，系統的溫度因而下降，不再像等溫可逆膨脹時一樣，溫度為定值。

由公式的推導可知，理想氣體在等溫時 $$p_TV_T=$$定值(下標 $$T$$、$$a$$ 分別代表等溫及絕熱過程)，而在絕熱時，$$p_aV_a^\gamma=$$定值（請參考高瞻平台文章：定壓熱容量（Cp）和定容熱容量（Cv）的差別），其中 $$\gamma=C_p/C_V$$。

由於 $$\gamma$$ 大於 $$1$$，當二種過程從「相同」的起始點開始$$(p_TV_T=p_aV_a^\gamma=$$定值$$)$$，膨脹至相同體積時$$(V_T=V_a)$$，因為 $$V_a^\gamma>V_T$$，則絕熱系統的壓力下降比等溫系統多$$(p_T>p_a)$$，因此在圖二 $$pV$$ 相圖中，絕熱線下降的斜率比等溫線徙峭，而且如圖二所示，其結束點無法重合，必須再經過等容的加熱過程，絕熱膨脹方能再回到等溫膨脹過程的終點。

可逆與不可逆過程、絕熱與等溫膨脹的差別（上）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

初學物理化學(physical chemistry)時，對於一些基本的定義常常一知半解，需要講述時也語焉不詳，經常造成後續學習時的困擾與迷思，這些觀念包括：可逆(reversible)與不可逆過程(irreversible process)、絕熱(adiabatic)與等溫系統(isothermal system)、定壓熱容量$$(C_p)$$及定容熱容量$$(C_V)\cdots$$等，本文試著對前二者加以說明、比較，期能對初學者有好的開始，能打好穩固的基礎，對已學者或許能收茅塞頓開之感，有利於進一步的鑽研。

微波化學（Microwave Chemistry）
國立臺灣師範大學化學系博士班三年級梁家榮

許多人都有用過微波爐加熱食物，在短時間內就可以達到加熱食物的目的，操作起來也相當的方便。在微波加熱的條件下，物質中若帶有水、醇類等極性分子，也可以將相同的原理應用在有機實驗中，就稱作微波化學（microwave chemistry）。

一般在實驗室中的加熱方式，不外乎用水浴、油浴、沙浴以及加熱包等方式加熱，這些都是從反應容器的外部開始進行的表面加熱。若是在較大的反應體積條件下，往往會產生加熱不均勻的情況，造成部分過度加熱使得反應物分解，又有部分加熱溫度不足結果反應不完全，使得產率下降。[i]

 圖一、微波加熱（左）與傳統方式加熱（右）示意圖

定壓熱容量（Cp）和定容熱容量（Cv）的差別（下）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

連結：定壓熱容量（Cp）和定容熱容量（Cv）的差別（上）

有了上篇 \(C_V\) 的測量基礎，為了更易於了解，我們先以氣體為例，若測定一定量氣體的 \(C_V\)，其升高 \(1~K\) 所需的內能變化\((\Delta U)\)，由於没有對外作功，其情況顯然和定壓下升高 \(1~K\)，焓的變化量\((\Delta H)\)有所不同，如圖二所示：當系統在等壓情況下，吸收定量的熱時，除了系統的內能會增加，系統內的溫度因而上升，使容器內壓力加大向上膨脹，對外作功，直至內壓等於外壓\((p_{ex})\)時停止。此時系統對外做功\((w=p_{ex}\times \Delta V)\)，因此系統吸收的總熱量\((q)\)，有一部分要用來對外作功，所以系統增加的內能\((\Delta U)\)將小於 \(q\)。

據此，等量的物質，在定壓下系統上升 \(1~K\)，所吸收的熱量\((q_p)\)，要比在定容下上升 \(1~K\) 所需的熱量\((q_c)\)還要多，因此在氣態的物質中，\(C_p\) 恒大於 \(C_V\)。

圖二\(~~~\)定壓下加熱系統，由於物質體積膨脹 \(\Delta V\)，系統需對外作功\((w)\)，其定壓之熱容量大於定容的熱容量。

定壓熱容量（Cp）和定容熱容量（Cv）的差別（上）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

定壓熱容量\((C_p)\)及定容熱容量\((C_V)\)是熱力學領域中，經常使用到的二種物理量，但是對於剛由高中進入大學的學子，經常在使用上造成困擾、在解理上形成疑惑。例如，此二者除了在操作上，有固定壓力和固定容積的差別以外，它們在本質上有何不同？\(C_p\) 和 \(C_V\) 兩者相減是否恒為定值\((nR)\)？\(C_p/C_V=\gamma\)，其中 \(\gamma\) 值有何用途？諸如此類問題，若經由基本的熱力學公式推導一遍，困擾和疑惑便能迎刃而解，在過程中也能了解到特例與通式的差別！

一、定容及定壓熱容量的定義

定量的物質其內能(\(U\), internal energy)的狀態函數(state function)可由 \(U(T,V)\) 表示，則其內能的微量改變可由下式表示：

 \(\mathrm{d}U=(\frac{\partial U}{\partial T})_V\mathrm{d}T+(\frac{\partial U}{\partial V})_T\mathrm{d}V~~~~~~~~~(1)\)

因為 \((\frac{\partial U}{\partial T})_V\equiv C_V\)、\((\frac{\partial U}{\partial V})_T\equiv \pi_T\)，因此由以上的定義可知，在定容下，溫度的改變造成內能的改變率稱為定容熱容量，亦即系統每升降固定溫度，所造成的內能變化，在此 \(C_V\) 恒為正值。

偶氮二甲醯胺(Azodicarbonamide)
臺北市立第一女子高級中學二年級劉蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

越來越多的食品採用加工的方式製成，隨之而來的是食安問題使得人心惶惶，使得人們對食品的信任度越趨降低。最近鬧得沸沸揚揚的麵包食安問題，罪魁禍首就出在偶氮二甲醯胺的添加。

偶氮二甲醯胺的簡介

偶氮二甲醯胺(C2H4N402)，IUPAC命名是Carbamoyliminourea，是一種黃色至橘紅色無味的結晶性粉末，在攝氏20時難溶於水，能微溶於熱水，而且不溶於許多有機溶劑，但它可溶於氮，氮-二甲基甲醯胺和二甲基亞碸。

傳明酸（Tranexamic Acid）
臺北市立第一女子高級中學二年級朱祐慧/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

↑圖(一) 傳明酸
IUPAC : trans – 4 – (Aminomethyl) cyclohexane carboxylic acid

傳明酸(Tranexamic Acid)最早出現於醫療產業，因具止血抗炎的的藥理效果，常作凝血劑用途，有針劑及口服的用法；在外科、內科、婦產科等領域已廣泛應用，用以治癒部分出血性疾病和手術異常出血。其又因為可以抑制黑色素細胞的活性，防止和改善皮膚的色素沉積，因而有一定的美白功效。在衛生署公告傳明酸為合法美白成分後，便被廣泛應用於美容保養，允許添加0.5%於一般化妝品，2%~3%於含藥品成分者。有學術報告指出，其退黑除斑的功效比維生素C(Vitamin C)高約50倍，是果酸的近10倍。

阿特靈（Aldrin）
臺北市立第一女子高級中學二年級張碩純/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

阿特靈/地特靈所製農藥

阿特靈為一種分子是為 $$\mathrm{C_{12}H_8C_{16}}$$ 的有機氯殺蟲劑，其結構與地特靈相似，別名為：六氯-六氫-二甲撐萘、二氯丙酸、或氯甲橋萘。以碳氫化合物為基本架構，且碳原子上連接著氯原子，屬於環狀二烯烴類化合物、持久性有機汙染物；可作用於昆蟲的 GABA（gamma-氨基丁酸）之受器上，達到殺蟲的效用。