化學

銠(Rhodium)

銠(Rhodium)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

銠是稀有、銀白色、堅硬以及活性小的過渡金屬,是屬於鉑系金屬(platinum group)的一員。它的元素符號是Rh,原子序為45。在自然界只有一種銠的同位素:103Rh。自然界中的銠通常是以元素狀態存在,或與類似之金屬形成合金,只有少數是以化合物的形態存在於鮑依石(Bowieite,銠銥鉑硫化物,化學式為(Rh,Ir,Pt)2S3)、硫銠鉛礦(rhodplumsite)等礦物中。銠是貴重金屬(precious metals)中最稀有的元素之一。

銠可抗腐蝕,和其他鉑系金屬一起出現在鉑或鎳礦中,也是貴金屬(noble metal)之一。1803年沃拉斯頓(W. H. Wollaston)在這類礦物中發現了銠,他用王水處理礦石之後,得到了銠,便以銠的某種氯化物所呈現的玫瑰色為這種元素命名(rhodium源自希臘字中的rhodon,是「玫瑰」的意思)。

特性

銠是堅硬,呈銀白色的金屬,反射性良好,即使受熱也不易形成氧化物。只有在銠的熔點附近才會由空氣中吸收氧氣,但是在固化時,又會釋出。銠的熔點比鉑高,密度比鉑低。它不受大多數的酸腐蝕:在硝酸中完全不溶解,在白金中微溶。

銠屬於週期表第9族,但其最外層電子殼層之組態為5s1 4d8,與同族其他元素不太相同。它附近的數個元素如鈮(原子序41,價電子組態4d4 5s1)、釕(原子序44,價電子組態4d7 5s1)及鈀(原子序46,價電子組態4d10)也有此現象。

貴金屬(Noble metal)

貴金屬(Noble metal)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

貴金屬與大多數卑金屬(base metal)不同,在潮濕空氣中能抗腐蝕及抗氧化。因為在地殼中含量稀少,它們通常很貴重。一般認定的貴金屬包括(依原子序由小到大排列):釕、銠、鈀、銀、鋨、銥、鉑和金。有些學者則把汞或錸,也當成貴金屬。另一方面來說,雖然事實上,鈦、鈮和鉭都非常能抗腐蝕,但並未被歸類為貴金屬。貴金屬不應與另一種貴重金屬(precious metal)混淆(雖然許多貴金屬都很貴重)。

氯化物(Chloride)

氯化物(Chloride)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

當氯元素(一種鹵素)原子得到一個電子,形成陰離子(帶負電的離子)時,就形成氯離子Cl。氫氯酸形成的鹽含有氯離子,因此也可以稱為氯化物。氯離子及其形成的鹽類,如氯化鈉,通常極易溶於水。我們全身的體液中都含有氯離子,其對傳遞神經脈衝,及調節液體進出細胞等功能非常重要。也有些含氯離子的鹽類難溶於水,如氯化銀。

氯化物中不一定含有氯離子,有些化合物中含有一個或多個以共價鍵鍵結的氯原子。例如氯化甲烷(CH3Cl)就是有機共價化合物,其中不含氯離子。

活性氧物種(Reactive oxygen species)

活性氧物種(Reactive oxygen species)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

活性氧物種(縮寫為ROS)是指含氧之化學活性分子,其中包括過氧化氫(H2O2)、次氯酸(HClO)、羥基自由基(HOŸ)、單線態氧(1O2)等。ROS是在正常新陳代謝後,由氧形成的天然副產品,在細胞訊息傳遞(cell signaling)及體內平衡(homeostasis)方面扮演重要的角色。然而在外界環境屬於逆境時(如暴露在紫外線及高溫下),ROS的濃度會急劇升高。這種現象會對細胞結構造成明顯損害,長期累積下來,就形成氧化損傷(oxidative stress)。ROS也可能源自外來因素,如電離輻射(ionizing radiation)。

訊息傳遞與損害之效應

在正常的情況下,細胞會用一些酶對抗ROS之損害,如α-1-微球蛋白(alpha-1-microglobulin)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutases)、過氧化氫酶(catalases)、乳過氧化物酶(lactoperoxidases)、麩胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidases)以及過氧氧化還原蛋白(peroxiredoxins)。小分子的抗氧化劑如抗壞血酸(維生素C)、生育酚(維生素E)、尿酸及穀胱甘肽(glutathione)在作為細胞抗氧化劑方面,也扮演重要的角色。多酚抗氧化劑也有類似功能,可經由清除自由基而防止ROS造成傷害。比較起來,細胞外的抗氧化劑功能較小,例如人體最重要的血漿抗氧化劑是尿酸。

有許多種ROS對細胞新陳代謝造成的效應,已經充分被研究。這些效應不但包含ROS在細胞凋亡(apoptosis)中的角色,也有些正面的效應,如引發基因的主體防禦,以及啟動離子運輸系統。這也代表ROS可作為生物體的傳訊者,這種現象稱為氧化還原訊息傳遞(redox signaling)。特別的是:血小板在參與傷口的修復及調整體內血液平衡時,會釋放ROS,召集更多血小板到受傷的部位。此時也會經由召集白血球,調整免疫系統。

皮質類固醇(Corticosteroid)

皮質類固醇(Corticosteroid)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

皮質類固醇是某類化合物的總稱,包含脊椎動物的腎上腺皮質(adrenal cortex)天然產生之類固醇激素(steroid hormone),以及實驗室合成的類似激素。皮質類固醇與許多生理過程有關,包括壓力反應(stress response)、免疫反應及發炎、醣類代謝、蛋白質代謝、血液電解質濃度以及行為等之調節作用。

●醣類皮質激素(glucocorticoids),如皮質固醇(cortisol),可控制醣類、脂質與蛋白質的代謝,以及經由抑制磷脂(phospholipid)而抗發炎,減低嗜酸性球(eosinophil)的作用以及許多其他機制。

●礦物皮質素(mineralocorticoid),如醛固酮(aldosterone,如圖1),主要靠提高鈉離子在腎臟中的滯留時間,而控制電解質與水的濃度。

圖1 醛固酮

一些常見的天然激素包括皮質甾酮(corticosteroneC21H30O4,如圖2)及可體松(cortisone,C21H28O5,11-去氫-17-羥基皮質甾酮)及醛固酮等。

圖2 皮質甾酮

依化學結構分

一般而言,皮質類固醇可依化學結構分為四類。如果對同一類的某一種皮質類固醇產生過敏反應,通常代表對同一類的所有皮質類固醇都無法忍受。庫普曼(S. Coopman)在1989年訂出此種分類法,所以又稱為庫普曼分類法。

下列用黑體字表示的那幾種類固醇可以作為檢驗工具,篩檢何種局部使用的類固醇會造成過敏。

離子鍵

離子鍵 (Ionic bond)
國立臺灣師範大學附屬中學生蔡威任/國立臺灣師範大學附屬中學化學科陳昭錦老師

離子鍵為化學鍵的一種,它是由兩個相反電性的離子,藉由彼此間的靜電引力吸引而成。通常是由金屬元素(低游離能)形成陽離子而非金屬元素(高電子親和力)形成陰離子。單純的離子鍵是不存在的,在所有的離子化合物中都存有某些程度的共價鍵結,因此離子鍵可視為在鍵結中離子的特性大於共價的特性。當兩個原子間有較大的電負度差時,其鍵結的離子性就較大。

例如:我們生活中的必需品調味用的食鹽,其成份為氯化鈉,當鈉原子與氯原子要彼此結合時,鈉原子需先失去一個電子形成鈉離子,而氯原子需先獲得一個電子形成氯離子,這些離子們以1:1的方式形成氯化鈉晶體,其反應式為Na + Cl → Na+ + Cl− → NaCl。依據八隅體的概念,其反應情形可用圖一表示。

圖一、鈉金屬與氯氣反應形成氯化鈉的示意圖

固態的離子化合物是以晶格的結構(lattice structures)方式存在,影響晶格的形成有離子電荷與尺寸大小兩個因素。

二元化合物的命名 ( Nomenclature of binary compounds )

二元化合物的命名 ( Nomenclature of binary compounds )
國立臺灣師範大學化學系陳筱鳳碩士生

凡由兩種元素所組成之化合物稱為二元化合物。例如:氯化鈉 ( NaCl ) 、氧化鈣 ( CaO ) 。或是化學式中只含有兩種元素的化合物,其中包含兩個或兩個以上的原子,也可稱之為二元化合物。例如:一氧化碳 ( CO ) 、二氧化碳 ( CO2) 。

二元化合物主要可分為二元離子化合物 ( binary ionic compounds ) 和二元共價化合物 ( binary covalent compounds ) 兩大類。

二元離子化合物 ( binary ionic compounds ) 含有金屬及非金屬。由金屬損失電子形成陽離子,非金屬獲得電子形成陰離子,兩者組合而成。在其命名方面,根據所含陽離子區分成第 Ⅰ 類化合物 ( type I compounds ) 和第 Ⅱ 類化合 ( type II compounds ) 兩種。金屬 ( ⅠA、ⅡA ) 只形成一種形式的陽離子,例如Na 原子只會形成 Na ,而不會有 Na2 或 Na3 。含此類金屬原子的化合物為第 Ⅰ 類化合物,像 K、 Ca2及 Al3,皆屬於第 Ⅰ 類陽離子;若金屬原子可形成兩種或多種形式的陽離子,例如: Cu 原子可形成 Cu及 Cu2; Cr 原子可形成 Cr2、 Cr3及 Cr6+ ,如此,我們稱之為第 Ⅱ 類陽離子,形成的化合物即稱為第 Ⅱ 類化合物。

第 Ⅰ 類離子化合物的英文命名規則:

1.陽離子名稱在前,陰離子名稱在後 (中文恰好相反,且中間加「化」) 。

2.單原子陽離子直接使用其元素名稱,例如:含 Na離子的化合物, Na稱為 sodium 。

3.單原子陰離子的命名是使用元素名的前半部 ( 字根 ) 加上 –ide ,因此 Cl離子被稱為 chloride 。

E, Z系統

E, Z系統 (The E,Z system)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

當烯的C=C上有三或四個非氫取代基,且可能出現幾何異構物時,可以使用E, Z系統區別。

當碳碳雙鍵(C=C)的四個鍵結位置上有兩個非氫之取代基,且可能出現幾何異構物時(如圖1),若兩個氫原子在雙鍵的同一側,屬順式異構物。若兩個氫原子位於雙鍵的異側,屬反式異構物。

圖1 順式與反式之1,2-二氯乙烯

但是如果化合物變得較為複雜時,順反系統會遭遇困難。例如在圖2的兩個化合物中,何者為順式?何者為反式?

圖2  3-氯-2-戊烯的兩種幾何異構物

因為接在碳碳雙鍵上的四個取代基都不同,很難判定應該取哪兩個取代基來比較它們是位於同側或異側。

E,Z系統使用一系列的規則判定取代基的優先順序。針對連接在雙鍵的同一個碳原子上兩個取代基比較其優先順序的高低,如果優先順序較高的兩個取代基位於碳碳雙鍵同一側,則屬Z式(來自德文zusammen,「在一起」的意思)

超臨界流體之應用(Supercritical Fluid Applications)

超臨界流體之應用(Supercritical Fluid Applications)
臺北市立第一女子高級中學一年級梁懿貴

氣體可藉由加壓使其液化,氣體的溫度越高,所需的壓力也就會越大。但是當氣體的溫度到達一定的程度時,會出現任何壓力都沒辦法使氣體液化的現象,而此液化的上限溫度稱為臨界溫度。在此臨界溫度下,使氣體液化的最低壓力則稱為臨界壓力。當流體的壓力與溫度都高於臨界溫度與臨界壓力時,會呈現一種無法區分液體、氣體的物質狀態,稱為超臨界流體(Supercritical Fluid)。

超臨界流體的密度一般都介於0.1到1.0g/ml之間,其物理性質界於氣、液相間,具有氣體的可壓縮性和高擴散性,及液體的流動性和溶解能力,並兼具低黏度、低表面張力的特性,因此容易滲入到多孔性組織中。除此之外,當流體接近臨界點時,微小的溫度或壓力變化都可使密度產生改變,使得超臨界流體具有可被微調的特性。而其化學性質則異於其氣、液相,例如二氧化碳在氣體狀態下並不具有萃取能力,但當進入超臨界狀態後,卻具有溶解有機物的能力。

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