沸點上升法求分子量的限制（上）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

一般而言非揮性溶質的分子量可依 $$\Delta T=K_bm_B$$，的公式來求出。然而現今的實驗室鮮少使用此法求取物質的分子量，唯在教學上，基於依數性質的應用及探討，此部分的內容仍有其存在的必要。但是此法在使用上有一些限制，尤其僅適用於稀薄的溶液中，此點在一般課程內容中甚少提及，以下將此公式的推導及假設詳述一遍，以免遭到誤用。

一、沸點上升公式的推導

圖一 異相平衡中，B為非揮發性溶質，A為溶劑，A在氣相的化學能會等於其在液相的化學能

假設在理想溶液中，$$B$$ 為非揮發性(nonvolatile)溶質，$$A$$ 為溶劑如圖一所示，當系統達到平衡時，液相中 $$A$$ 的化學能（$$\mu_A(l)$$）會等於氣相中 $$A$$ 的化學能（$$\mu_A^*(g)$$），上標的 $$*$$ 代表其為純物質。

$$\mu^*_A(g)=\mu_A(l)~~~~~~~~~(1)$$

由熱力學的定律可知，相同狀況下，純溶劑的化學能永遠高於溶液的化學能，如下式所列，
其中 $$X_A$$ 代表溶劑的莫耳分率，其值小於 $$1$$，
故 $$\ln (X_A)<0$$。

$$\mu_A(l)=\mu^*_A(l)+RT\ln X_A~~~~~~~~~(2)$$

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烏龜再度打敗了兔子！─纖維素分解的關鍵因子
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：やはりカメはウサギに勝る

分解速度如「烏龜」般的纖維素酶，由於吸附性較強且能不斷進行分解反應，反而比如「兔子」般反應快速的纖維素酶更適合去分解結晶性纖維素。

纖維素¹是植物細胞壁的主要成分，是地球上現存最多的生物資源，因此世界各地許多研究者，正在研發將纖維素變換或製造成較易利用的酒精或有機酸。但纖維素具強鍵結的分子鏈，聚集成結晶構造，導致纖維素分解酵素-纖維素酶的分解效率低。

黴菌等絲狀真菌微生物，在自然界中以樹木或雜草為營養源，擔任分解者的角色。這些微生物能製造具有管狀構造的纖維素酶，它的特殊構造對分解結晶性纖維素相當重要。黴菌纖維素酶的管狀構造較其它絲狀真菌的纖維素酶為長，因此，兩者之纖維素酶的性質相異。但纖維素酶分解纖維素的反應，因為不溶性的結晶性纖維素與水溶性的產物形成固體與液體二相共存的「不均勻系」，實際反應作用分子與不反應分子同時混合在反應系統內，所以過去所使用的分解活性測定法，難以評估酵素分子的性質。

因此日本東京大學農學生命研究所與金沢大學的共同團隊，使用「高速原子力顯微鏡³」觀測各個酵素在分子層次上的運動模式。並研究黴菌Trichodarma reesei 所製造的纖維素酶TrCel7A、以及另一種真菌Phanerochaete chrysosporium 所製造的兩種纖維素酶 PcCel7C與 PcCel7D，藉由比較這3種酵素的分解反應速率和連續分解反應的次數，以解析影響結晶性纖維素分解的重要因子。 Continue reading →

未來燃料(四)石油枯竭的威脅已經消退
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯

編譯來源：BBC NEWS 2013年6月14日訊

美國石油總產量圖（圖片來源：BBC NEWS）

根據國際能源總署(International Energy Agency，IEA)的看法，石油枯竭問題已經逐漸遠離我們。

由於近年來美國大規模利用新技術開採石油，戲劇性地消弭掉困擾我們多年的石油枯竭問題。美國原本下降的石油產量因開採頁岩和一些新地區投入生產而逆轉。國際能源總署石油市場主管，安東尼哈夫(Antoine Halff)表示：「這兩年我們一直上修石油蘊藏量的總值，石油產量大飆升已達前所未見的新高峰，讓我們直接拋棄以煤炭做為備案的想法了。幾年前每個人都認為美國的石油產量完了，只會持續走下坡而已，而國家政策也只能隨著潮流逐年增加進口預算。誰都沒想到美國現在正朝著自給自足邁進呢！」

在德州和北達科他州的石油新開採據點成為改變美國石油命運的推手，而位於加州地底被稱為「蒙特利頁岩」(Monterey shale )也是一個極具發展潛能的新星。根據國際能源總署的推測，美國照這個情勢會在2020年與沙烏地阿拉伯的石油產量並駕齊驅，甚至可以提前在2017年達成目標。 Continue reading →

未來燃料 (三)英國頁岩氣儲量超乎預期
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯

編譯來源：BBC NEWS 2013年6月27日訊《UK shale gas resources ‘greater than thought’》

英國頁岩氣分布圖（圖片來源：BBC NEWS）

英國地質調查局(British Geological Survey, BGS)研究發現，國內的頁岩氣（Shale Gas）蘊藏量或許比以往估計量更多。研究單位預估可能有高達1300兆立方英尺(約36兆立方公尺)的頁岩氣儲藏在英格蘭北方的地層中，這是過去估計量的兩倍以上。在此同時，政府也趁勢宣布探勘頁岩氣正式成為基礎建設計畫的一部分。能源部長麥可法倫(Michael Fallon )對頁岩氣予以厚望，稱頁岩氣是一種「令人激動的新能源」。

英國地質調查局說明他們在英格蘭北部的鮑蘭德盆地（Bowland Basin）－從柴郡延伸到約克郡的區域潛藏有大量的資源，雖然他們無法確保這頁岩氣可以順利被提取出來。頁岩氣無庸置疑的是英國能源資源的新星，但探勘技術必須結合地質學、工程學，另外還必須周全考慮投資和環境保護等各項議題。雖然鑽井公司先前就估計他們可以提取出10%的含量，但一切仍是未知數。 Continue reading →

未來燃料 (二)德國高昂的捐稅使綠能不得儲存
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯

編譯來源：BBC NEWS 2013年6月12日訊《German tariffs make green energy too expensive to store》

一個位於斯圖加特的電轉氣保存模組正在上機測試中。（圖片來源：BBC NEWS）

德國的研究人員表示，政府電力收購稅捐制度(Feed-in Tariff, FIT)阻礙了他們儲存可再生能源的計畫。

德國早在2000年時，為了太陽能風力發電及其他可再生科技引進一套政府電力收購稅捐制度。這項法規保證了電網通路的建設及長達二十年的津貼補助。

政府的津貼補助使得上千名住戶藉由投資太陽能和風力發電躍升為能源生產商。但是領頭的科學家告訴英國廣播公司，這些統一稅捐制度讓儲存綠能變成一件很不划算的事。而解決這項問題將成為能源永續發展的重要關鍵。

現今有130萬住戶、農家和小型合作社在提供綠能。而在2012年他們已能供應達全國所需電力的22%。但是陽光和風這些可再生能源會因為自然氣候而有所消長。例如德國在今年一個晴朗的六月，太陽能和風力可提供全德國高達60%的所需電力。但這麼多的太陽能電力卻是用時機較差的電力期貨價去計算。 Continue reading →

未來燃料(一)世上最大核融合計畫面臨關鍵時刻
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯

編譯來源：BBC NEWS 2013年8月7日訊《’Critical phase’ for Iter fusion dream》

核融合反應爐的運行原理是師法於太陽。（圖片來源：BBC NEWS）

法國南部普羅旺斯省卡達拉舍的國際熱核實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)計畫中，反應爐約一百萬個組件中的第一個正在進行交貨。

經過長期延宕及巨額經費增加之紛擾後，目前的工程約晚了兩年。為了配合遲到的關鍵組件，還得變更主建築的結構設計。

研究機構的副主任大衛坎貝爾(David Campbell)告訴英國廣播公司新聞說：「不容諱言，情況實在令人沮喪，但我們現在正盡全力彌補所浪費的時間。這個計畫真令人振奮，讓你充滿幹勁的去做，我們都等不及看到核融合反應成功的那一天。渡過初期的設計問題及早期的協調困難，我們現在更有信心在期限內完成計畫了！」

從50年代起，核融合提供了一個無限能源的夢想－師法於供應太陽大火球能量的程序，就是以兩個氫作為燃料。最具吸引力的是結合了便宜的燃料氫、低輻射廢料及不釋出溫室氣體等優點。但是，如何操作核融合的極端條件，還有如何從反應中把龐大的能量提取出來，都仍然是技術上的具大挑戰。事實上，就因為核融合的技術太困難，讓這個概念已經「紙上談兵」了30多年。 Continue reading →

二氧化碳的回收和再利用 (Recycle and Reuse of Carbon Dioxide)
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

二氧化碳的議題，想必大家都不會陌生。人類靠電來推動科技，而目前最大宗的電源是來自於火力發電，除了消耗地球的資源外，隨伴著產生大量的二氧化碳，這方面當然也不能忽略車輛和工廠扮演的角色。許多科學家相信這造成了地球的暖化，若不及早處理，終將導致一場浩劫。事實是用2013年的全球二氧化碳排放量來與1990年的比較，已經增加了0.9倍，以這樣的速率增加，在我們大家幾乎都可親自體驗的十年之後，地球環境的狀況將不可想像！例如大氣二氧化碳的濃度增加，除了溫室氣體效應，造成全球暖化，亦將導致溶入海洋的二氧化碳濃度升高，隨伴產生的碳酸，濃度也會增加，海洋生態就受到雙重的衝擊，有興趣的讀者可以參看四月十四號出刊的時代雜誌，其中就有一篇與珊瑚礁相關的文章。

想當然爾的解決之道，一個就是節約以及更有效率的使用能源，但若是站在民眾的角度來看，事關民生需求和享受，誰願犧牲？開發中國家更急於發展經濟，節約用電根本就是奢談。因此不會意外的，發展二氧化碳的回收和儲存技術，是先進國家著重的研究課題。 Continue reading →

鑽石讓量子電腦的夢想再進一步
國立臺灣大學化學系林震宇編譯/國立臺灣大學化學系鄭原忠助理教授責任編輯

編譯來源：日本科學技術振興機構（JST）2014年1月30日

有別於傳統的半導體電子元件，使用量子系統實現的計算被稱作量子計算，由於量子不像數位半導體只能記錄0與1，可以同時表現多種狀態，故能在一次的運算中處理多種情況，有可能大幅度地超越傳統計算的效能，因此被認為有相當的發展潛力。

量子計算的基礎建立在量子信息的保存及處理上，但相較於傳統的數位信息，量子信息對外部的干擾非常敏感，因此必須在處理信息的過程中進行量子錯誤的修正。以往在量子錯誤的修正上主要面臨了兩個難題：

一、量子位元的狀態可以是 $$|0>$$ 和 $$|1>$$ 這兩個狀態中的任意組合，
即 $$\alpha | 0> + \beta | 1 > (|\alpha|^2+|\beta|^2=1)$$，而 $$\alpha$$ 及 $$\beta$$ 的組合可以有無限種；
二、若為了複製信息而對量子位元進行測量，將使量子位元成為 $$|0>$$ 或 $$|1>$$ 其中一種狀態，而無法達成複製(不可克隆原理)。

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