比爾定律 (Beer’s Law)與吸收度 (Absorbance)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

比爾定律，又稱作比爾──朗伯定律(Beer-Lambert Law)，是一個光學基礎定律。當光穿透樣品溶液時，光的吸收度 \((A)\) 與吸收係數 \((\alpha)\)、光徑長 \((l)\)、濃度 \((c)\) 三者均呈正比：\(A=\alpha lc\)

其中 \(\alpha\) 為吸收係數(absorptivity，或稱 absorption coefficient)，亦可稱為消光係數(extinction coefficient, \(k\))。然而，若是在光徑長 \(b\) 使用了 cm 作為單位，並且濃度 \(c\) 使用 \(M\) 作為單位，吸收係數以 \(M^{-1}cm^{-1}\) 作為單位，那麼這時候的吸收係數，即可稱為莫耳吸收係數(molar absorptivity)，其符號以 \(\varepsilon\) 來代表。莫耳吸收係數 \(\varepsilon\) 的使用相當頻繁，以至於還比吸收係數 \(\alpha\) 來的常出現。因此，常見的比爾定律表示方法為：\(A=\varepsilon bc\)

此外，我們需要瞭解的另一個重要定義是光的吸收度(absorbance)。當一束光線照射到一樣品溶液時，部份的光線會被樣品溶液吸收，剩下的光線則穿透樣品溶液，即原本光入射線強度 \(I_0\)，穿透光線強度變為 \(I_1\)，此時光的穿透度 \(T\) (Transmittance)，即光穿透的比例為

圖一、比爾定律吸收光路徑的示意圖。(圖片來源： WIKIPEDIA–Beer–Lambert law)

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比爾定律(Beer’s Law)的應用
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

比爾定律的應用，通常是針對已知莫耳吸收係數的溶液，透過測量光吸收度推算出溶液濃度。這種透過光學方法測量濃度的方法包含了比色法 (colorimetry)、光電比色法(photoelectric colorimetry)、分光光度法(spectrophotometry)等。 Continue reading →

能斯特方程式 (Nernst equation)
國立臺灣大學化學工程系碩士生吳宗澤/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

能斯特方程式(Nernst equation)，由德國的化學家瓦爾特.赫爾曼.能斯特 (Walther Hermann Nernst, 1864 – 1941) 所提出，描述電化電池 (Electrochemical cell) 的化學反應中電動勢 (Electromotive force, emf) 與反應物濃度商數 (Reaction quotient) 的方程式；用來決定電化電池中半電池反應(Half-cell)的平衡還原電位 (Equilibrium reduction potential)，或計算電化電池的電動勢。能斯特方程式廣泛應用於計算非標準態下的電動勢，例如，生物細胞膜內外的電位差，用於解釋神經系統的運作。 Continue reading →

大氣壓力 (Atmospheric pressure) 與大氣壓 (Atmosphere, atm)

國立臺灣大學化學工程系碩士生吳宗澤/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

大氣壓力 (Atmospheric pressure) 來自於大氣層中空氣所產生的重力，大氣壓 (Atmosphere)，為描述大氣壓力大小的單位之一，通常以縮寫「atm」表示。

在較低海拔時，由於其上的氣體量比高海拔處多，故具有較大的大氣壓力；反之，高空的空氣較稀薄，大氣壓力也就隨著海拔高度而逐漸下降，其關係可以由以下的關係式來說明：

P：壓力，P₀：海平面上的平均壓力，z：高度，H：尺度高 (Scale height)。

尺度高不是常數，會受到溫度影響。空氣熱脹冷縮，當溫度升高時，空氣密度變低，相同面積的土地其上方的空氣也就較輕，所以高溫地帶的大氣壓力較低。同理，溫度越高尺度高越大；對於相同的P₀以及z來說，H越大，則會造成P越小。

由於不同地方的海拔高度不同，也因此我們需要一個標準大氣壓值為參考標準，國際參考壓力值定義地球海平面上的平均壓力為101325 Pa，也就是1 atm。下表為其他大氣壓力單位和大氣壓的轉換關係。

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彈卡計(Bomb calorimeter)
國立臺灣大學化學工程系碩士生吳宗澤/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

彈卡計(Bomb calorimeter)是一種定體積的卡計(Calorimeter)，用來測量反應的燃燒熱(Heat of combustion)。一般彈卡計的裝置如下圖所示：

圖一、彈卡計的示意。(圖片來源：http://chemistry.umeche.maine.edu/~amar/spring2011/bomb.html)

彈卡計為一不鏽鋼製反應容器，內有一不鏽鋼製的高壓罐，這是因為燃燒反應前後系統體積不變，導致使系統壓力變大，故需要在能耐高壓的反應槽內進行，反應物 放置於高壓罐中的樣品杯內。將秤好重量的反應物放入樣品杯中之後，小心密封住，並且在樣品杯內填充純氧。填充純氧的原因是為了確保燃燒時有足夠的氧氣供應 使反應物可以燃燒完全；如果燃燒不完全，則會有部分的試料並沒有成功燃燒，那麼所求得的數據是完全不準的。完成氧氣的填充之後，將高壓罐放入反應容器中， 在反應容器內加入一定量的水，接上溫度計，點火線，攪拌棒等等，將反應容器放於絕熱環境內避免反應中系統和大氣進行熱交換，就完成了以彈卡計測量燃燒熱的 準備步驟。

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活化能 (Activation Energy)
國立臺灣大學化學系學士生丁柏傑/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

活化能(Activation Energy)，讓化學反應發生所需的最低能量。活化能的大小等於反應活化障壁(Activation barrier)的高度，為一實驗參數，用來描述反應速率和溫度的關係。

氫氣在空氣中點火，會立即劇烈燃燒；但是鐵椅子生鏽，卻不是一天兩天就能發生的事情。由此可以了解，不同的化學反應具有不同的反應速率，而化學家便以速率定律式(Rate law)來描述化學反應速率的大小。以速率定律式的形式為：

rate=k [A]^m[B]ⁿ

其中，[A] 和 [B] 為反應物的濃度，而上頭的指數項m與n，則描述了速率隨濃度的變化程度，須藉由實驗來量測。速率定律式中的k值，稱為反應速率常數(rate constant)，k值越大代表反應速率越快。影響速率常數k值的因素有很多，如：反應系統的溫度、反應物之間碰撞的頻率，以及本文所要介紹的活化能等 等。

活化能這個名詞，最早是在1889年，由瑞典化學家阿瑞尼士(Svante Arrhenius)所提出。一個化學反應要發生，首要條件就是分子之間的碰撞；然而，並非所有的碰撞皆能促使反應進行。唯有擁有足夠能量的反應物分子進 行碰撞，使得分子內原子與原子的鍵結斷裂、重新組合後，化學反應才會發生。故讓反應進行所需的最低能量稱為活化能。

活化能，可以被想像成反應物與產物分別處於自己的最低能量狀態時，彼此間進行互相轉換的能量障礙(Energy barrier)；如果無法越過這個障礙，反應便無法發生。（圖一）而反應的速率，也取決於能越過這個能量障礙的分子數目；這樣的分子數越多，反應速率也 就越快。

圖一、反應 A + B →C+D 的Ea示意圖。

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鹵素含氧酸(Halogen Oxyacids)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鹵素含氧酸(Halogen Oxyacids)，是指除了氟以外的鹵素元素和 氧以不同比例形成的含氧酸，表一為所有目前已知鹵素含氧酸。相對於鹵素含氧酸，不含氧但含鹵素的酸類，則稱作氫鹵素含氧酸(hydrohalic acids)，例如氫氟酸(HF)、氫氯酸(HCl)、氫溴酸(HBr)和氫碘酸(HI)。鹵素含氧酸與氫鹵素含氧酸都是單質子酸，在水中會解離出氫離 子。

表一

氫鹵酸當中的鹵素，其氧化數是-1，溶於水中為酸，氣態化合物則稱作鹵化氫。反之，鹵素含氧酸當中的鹵素，根據與其化合之氧的數目增加，氧化數由+1、+3、+5到最高+7價。鹵素含氧酸依照所含的氧的數目，由1到4我們可以依序稱為次鹵酸(hypohalous acid，HXO)、亞鹵酸(halous acid，HOXO)、鹵酸(halic acid，HOXO₂)、過鹵酸(hyperhalic acid，HOXO₃)。而其中的氧，氧化數都是-2。因為鹵素含氧酸的鹵素的氧化數為正，可以透過鹵素的還原，來氧化許多的物質，故鹵素含氧酸都具有強氧化性。

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石油的脫硫化(Desulfurization of Petroleum)
國立臺灣大學化學系學士生陳佳翰/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

石油的脫硫化，是在天然氣、汽油、燃油或石化原料（例如：異丙苯）已分餾出之後、要加工或燃燒之前，將其中的含硫化合物去除之的前處理。

石油是由古生物動物遺骸，在高溫高壓下長時間轉化形成，而動物體組成多為蛋白質，故石油含硫量大，其重量百分比有0.5~6%。若未經處理而直接作為燃料使用，則會排放出大量酸性氣體，如二氧化硫等，造成酸雨危害環境。

圖一、含硫燃油的燃燒。

除造成酸雨危害之外，未經脫硫處理的石化原料，在後續的加工過程中易使催化劑失活、變質。例如以沸石(zeolite)裂解重油時，硫醇與硫醚會放出硫分子；硫分子會附著在沸石表面，阻擋反應物與催化劑接觸，造成沸石失活、裂解效率驟降。

圖二、含硫燃油的裂解。

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