原子、分子、離子

原子、分子、離子、化合物 、錯合物、聚合物、大分子

硼酸

2011/07/27
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硼酸 (Boric acid)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

硼酸是一種含硼的弱酸，常用來當防腐劑、殺蟲劑、阻燃劑（flame retardants）、核能電廠中的中子吸收劑，以及製造其他化合物的前驅物。它以無色透明結晶或白色粉末的方式存在，可溶於水。硼酸的分子式為H3BO3，有時也可寫成B(OH)3。以礦物的形式存在者稱為天然硼酸（sassolite）。

自然界中游離存在的硼酸常發現在某些特定的火山區如義大利的托斯卡納（Tuscany）及利帕里群島（Lipari Islands）與美國的內華達州（Nevada）等。在海水中也蘊含許多硼酸與其鹽類。在陸生植物裡，幾乎每種水果都含有硼酸。

威廉霍姆貝格（Wilhelm Homberg）（1652－1715）是史上最早製得硼酸的人，他將無機酸（mineral acids）和硼砂反應而製得並將其命名為霍氏鎮靜鹽（sal  sedativum Hombergi）。因此後來硼酸的製備方式如下：

Na2B4O7•10H2O + 2 HCl → 4 B(OH)3 [or H3BO3] + 2 NaCl + 5 H2O

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氫氣製造

2011/07/27
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氫氣製造 (Hydrogen production)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

目前工業上主要的製氫方法是將碳氫化合物以 蒸氣重組 (steam reforming)的方式製得，而在某些其他化學反應中，氫氣也可以副產物(byproduct)的方式獲得。此外還有許多製造氫氣的方法如電解法 (electrolysis)與熱解法(thermolysis)等。目前科學家們正試圖努力尋找能大量且便宜的製氫的方法以符合經濟效益。

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異丙醇

2011/07/26
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異丙醇 (Isopropyl alcohol)
臺北市立永春高級中學一年級涂展瑄/臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

異丙醇也稱為2-丙醇或縮寫成IPA其分子式為C3H8O。結構式如下：

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防曬劑（sunscreen）

2011/07/26
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防曬劑（sunscreen）
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

近年來因為全球氣候變遷，炎炎夏日的溫度更是屢創新高，而根據很多的科學研究證據顯示，不宜長時間在艷陽下曝曬，因為陽光中所含的紫外線會對皮膚和眼睛造 成很大的傷害。陽光中的紫外線依波長大小可分成三類：

  • UVA：長波紫外線，波長320~400nm，UVA具有很強的穿透力，可達皮膚真皮層，會促使 皮膚老化，甚至導致皮膚癌。UVA對肌膚的造成的是慢性及長期的傷害，且陽光中紫外線的成份中以UVA所占比例最高因此更需做好防曬。
  • UVB：中波紫 外線，波長280~320nm，可達皮膚表皮，會使皮膚變紅、暗沉。UVB的能量比UVA更強，但較容易防護。
  • UVC：短波紫外線，波長100~280nm，是三者中能量最強的，但大部分被大氣層中的臭氧層隔離，僅有極少量會抵達地面。

(圖片來源：flickr用戶muffet)

在 1938年化學家Franz Greiter是史上第一個做出防曬劑的人，當時的商品名為Gletscher Creme  (Glacier Cream)。到了1962年他又提出防曬係數(Sun Protection Factor)（SPF）的概念, SPF是計算防曬產品在多長時間裡保持皮膚不被紫外線曬傷的一個參考指數，其測量單位為以每平方公分含有2毫克的防曬劑為測量基準（2 milligrams per square centimeter (mg/cm2)），數值愈高表示防曬能力愈強。但也不是越大就越好，經研究證明SPF值過大的產品會讓人感覺油膩，尤其對過敏性膚質的人有可能會引發過敏反應。

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反式脂肪（trans fats）—生理作用

2011/07/26
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反式脂肪（trans fats）—生理作用
台北市立第一女子高級中學三年級施恩潔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

不飽和脂肪酸的分子式因氫原子的方位不同，因而分為兩種結構：一種為順式鍵結，另一種則為反式鍵結，和「順式脂肪」比較起來此反向分子結構較不易扭結。天然的不飽和脂肪酸幾乎都是順式鍵結，所以動物所能代謝的大多為順式鏈結的脂肪。

動物的肉品或乳製品中所含的天然反式脂肪相當少，是動物經過反芻作用將植物消 化轉換成的脂肪酸，最具代表性的是共軛亞麻油酸，它可減少三酸甘油酯的量，預防動脈粥狀硬化症，在美國食品標示上並不屬於一般歸類的反式脂肪酸。如果用天 然脂肪反覆煎炸，也會生成小量的反式脂肪，目前被普遍食用的人工反式脂肪，是將植物油經過「部分氫化」加工創造出來的。

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天然橡膠（natural rubber）

2011/07/26
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天然橡膠（natural rubber）
台北市立第一女子高級中學三年級李依柔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

簡介
天然橡膠是一種有彈性的高分子聚合物，主要成分為聚異戊二烯，化學式為[C5H8-]n，其餘為蛋白質、脂肪酸、醣類等非橡膠物質。經過適當處理過的天然橡膠具有良好的彈性、絕緣性、可塑性等等特性，被廣泛運用在生活中的各種製品上，尤其是在汽車產業中的輪胎，天然橡膠更是不可或缺的一環。

主要單體成分—異戊二烯（Isoprene），IUPAC命名為2-甲基-1,3-丁二烯
異戊二烯是一種共軛二烯烴，化學式C5H8，在一般情況下本身是為不溶於水的無色液體，密度比水輕，但能與乙醇、乙醚、丙酮和苯等有機溶劑互溶。另外，它也容易和其他不飽和化合物共聚合，而自身也會互相聚合，若在特定條件的催化下聚合（譬如齊格勒-納塔催化劑-見註1），就會產生聚異戊二烯（Polyisoprene），也就是一般所知的天然橡膠。

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硫酸（Sulfuric acid）

2011/07/26
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硫酸（Sulfuric acid）
台北市立第一女子高級中學三年級李依柔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

簡介
硫酸，分子式為 $$H_2SO_4$$，是一種無色無味的液體，也是一種強酸，亦是礦物酸之一，容易溶於水，可以和水做任意比例的混合，是重要的化工原料，因此也被稱為化學工業之母，一個國家工業生產力可由其硫酸的製造量來評斷。

硫酸的製備

  • 古法（中國唐朝）

加熱藍色硫酸銅晶體產生無水白色硫酸銅，繼續加熱硫酸銅分解產生氧化銅及三氧化硫，三氧化硫與水反應即得硫酸，反應式如下：

$$CuSO_4\cdot 5H_2O\overset{\Delta}{\longrightarrow}CuSO_{4(s)}+5H_2O$$

$$CuSO_{4(s)}\overset{\Delta}{\longrightarrow}CuO_{(s)}+SO_{3(g)}$$

$$SO_{3(g)}+H_2O\longrightarrow H_2SO_{4(aq)}$$

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單寧

2011/07/26
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單寧 (Tannin)

臺北市立第一女子高級中學三年級李渝萱/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/ 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

 

又稱丹寧酸、鞣酸、鞣質，屬於多酚類物質，泛指有足够的羥基和其他適當官能基（例如carboxyls）的多酚化合物與蛋白質或其他大分子結合成巨大的錯合物。分子量可從500~3000。其味苦澀、有特殊氣味。

 

化學性：

  • 單寧是植物中的一種防衛用化學成分，用來封鎖蚜蟲的口腔以收防止蚜蟲的攻擊。
  • 單寧跟多種含胺基酸和生物鹼會產生沉澱。
  • 丹寧可扮演螯合劑角色，譬如與三價鐵（Fe3+）可產生綠色至紫色的錯合物。單寧也可以與重金屬螯合產生沉澱，當重金屬中毒時，服用單寧相當於飲用牛奶，皆有解毒的功能。
  • 單寧與蛋白質會產生沉澱。吃紅肉時搭配紅酒，可使紅肉中的蛋白質與紅酒中的單寧作用，減少苦澀感。
分類：

單寧的類繁多，粗略可分為三類：

（1）水解性丹寧：

沒食子單寧（galle－tannin）是屬于以沒食子酸為組成成分之的水解性單寧（hydro－lysable tannin），水解性單寧是由于水解而產生沒食子酸和芥子酸（eru－cic acid）的化合物，這些酸是和糖以縮酚酸形式結合的。水中溶解度不錯。

由左至右分別為：沒食子酸(五倍子酸)、芥子酸、 沒食子單寧。

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環氧乙烷（Ethylene oxide）(VI)

2011/07/25
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環氧乙烷（Ethylene oxide）(VI)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

工業合成（Industrial synthesis）
有關環氧乙烷的商業製造方式要迴溯到1914年BASF公司建立第一座環氧乙烷的生產工廠，他們當時使用氯醇的製程法。但此製程是不具吸引力的，因為它效率低且又使有利用價值的氯氣轉變成氯化鈣，不符合經濟效益。到了1931年由Lefort發明了較有效率的直接用空氣氧化乙烯的方法，並到了1937年由Union Carbide公司率先使用此製程。而到了1958年Shell Oil 公司改良此製程，他們以氧氣來取代空氣並將反應溫度調高到200~300℃、壓力1~3Mpa，這種製程方式到了1975年以後就完全取代舊式的製程。

氯醇法製造環氧乙烷（Chlorohydrin process of production of ethylene oxide）
雖然氯醇法的製程已完全被直接氧化乙烯的方法所取代，但這個方法中所蘊含的知識在教育上有很重要的意義，而且我們仍然使用此方法來製造環氧丙烷。其流程有三個主要步驟：

  • 合成乙烯氯醇
  • 乙烯氯醇脫去氯化氫形成環氧乙烷
  •  純化環氧乙烷，這些步驟是連續性的進行著。在第一個製程管線中進行乙烯的次氯化反應（hypochlorination），其反應步驟如下：
    Cl    2 + H2O → HOCl + HCl
    CH    2=CH2 + HOCl → OH–CH2CH2–Cl
    CH    2=CH2 + Cl2 → Cl–CH2CH2–Cl

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環氧乙烷（Ethylene oxide）(V)

2011/07/25
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環氧乙烷（Ethylene oxide）(V)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師 / 國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

熱分解（Thermal decomposition）
環氧乙烷在無催化劑的情況下是相當安定的，加熱的溫度不超過300℃時不會分解，溫度高於570℃時主要是進行自由基反應機構的放熱分解反應。分解的第一階段為異構化，然而高溫使自由基的流程加快。產生許多混合的氣體產物如：乙醛、乙烷、乙基、甲烷、氫、二氧化碳、乙烯酮（ketene）和甲醛等。在惰性氣體下進行高壓高溫（830~1200℃）熱裂解會產生更複雜的產物，但仍含有乙炔及丙烷。與異構化不同其起始的反應如下：
(CH2CH2)O → •CH2CH2O• → CH2O + CH2:2CH2)O + (NH2)2C=S → (CH2CH2)S + (NH2)2C=O

當環氧乙烷的熱分解反應在有過渡金屬的催化條件下，不僅反應溫度可以降低也可得到以乙基為主的產物。

其他反應
硫氰離子（Thiocyanate）或硫脲（thiourea）可將環氧乙烷轉變成環硫乙烯（thiiranes）(ethylene sulfides)：
(CH

 

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