物質組成

鈥(Holmium)

鈥(Holmium)
臺北市立永春高級中學一年級錢祥原/台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

鈥的原子序 $$67$$ 為稀土元素的一種,由瑞典的化學家克利夫(Cleve)於 1878 年所發現(含不純物)。它可從獨居石(Monazite),也稱「磷鈰鑭礦」,化學成分為 $$\mathrm{(Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO_4}$$ 或矽鈹釔礦 $$\mathrm{((Ce,La,Nd,Y)_2FeBe_2Si_2O_{10})}$$ 中提煉而得。鈥是具有腐蝕性和延展性的銀白色金屬,在乾燥的常溫常壓下較為安定,但它與水及鐵銹容易反應,在空氣中加熱會起燃燒反應,其反應式如下:

$$\mathrm{4Ho+3O_2\rightarrow 2Ho_2O_3}$$

鈥的離子在自然界中幾乎都是以 $$+3$$ 價的狀態存在,而且 $$+3$$ 價的鈥離子也具有像其他稀土離子類似的螢光特性(同時產生其本身獨特的放射光線),且可應用在雷射和玻璃著色劑。

樹枝狀聚合物(Dendrimer)

樹枝狀聚合物(Dendrimer)
國立臺灣師範大學化學系博士班三年級梁家榮

樹枝狀聚合物是從中心延伸出許多像樹枝一般結構的支鏈,組合成外觀看似一個球形的一種超分子(supermolecule)。主要分成三個部分,1. 核心部分。2. 從核心延伸出重複片段的支鏈層。3. 最外層的官能基團。

與另一種相似結構的大分子超分支聚合物(hyperbranched polymer)不同的地方是,超分支聚合物的製備方式是一步合成,所以會受到立體障礙效應(steric effect)和官能基的不同所影響,從核心合成出許多長度、形狀不一的支鏈。比較容易製備,但是不容易控制分子的大小。

氦氣

氦氣 (Helium)
臺北市立永春高級中學一年級張加樂/臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

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(氦元素符號形狀的氦氣放電管,圖片來源:wikipedia)

氦氣(Helium) 的發現是法國科學家皮埃爾·讓森(Pierre Janssen)於 1868 年 8 月 18 日,在印度觀測日全蝕時,碰巧發現的一條特殊光譜線所開始的。同年 10 月 20 日,英國科學家諾曼.洛克耶(Norman Lockyer)也在太陽光譜中發現了一條黃色光譜線,並且提出此物質是存在太陽裡,但當時在地球上尚未發現的元素。後來洛克耶以希臘太陽神 helios 的意涵,將此元素命名為 Helium。

氦氣是位於元素週期表上原子序為 $$2$$ 的元素,為一種惰性氣體,其化學活性極低不易起反應,所以化合物極少且非常不穩定。

氦氣是最難液化的氣體,其沸點只有 $$4.22~K(-268.93^\circ C)$$ ,當其溫度降至 $$2.18~K(-270.97^\circ C)$$ 時性質會改變,黏度會大幅降低,此種狀態稱為超流體(superfluid),超流體狀態的液態氦稱為­氦(II)。氦的溶解度也很低,$$20^\circ C$$ 時 $$1~L$$ 的水只能溶解 $$8.61~mL$$。

銥(Iridium)

銥(Iridium)
臺北市立永春高級中學一年級廖秉彥/臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

銥是一種化學元素,18 世紀時科學家發現將鉑放入王水中,會產生可溶性鹽類,並會生成少量不可溶的殘留物。英國化學家特南特(Tennant)分析此殘留物,推斷可能有新的金屬元素存在。而後沃克朗(Vauquelin)把殘留物在酸鹼中浸洗,得到一種揮發性氧化物,他認為是新元素的氧化物。後來特南特又大量分析殘留物,而得到兩種新元素,即是鋨和銥兩種元素。

釤(Samarium)

釤(Samarium)
臺北市立永春高級中學一年級陳忠霖/臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

簡介:

釤是元素週期表中鑭系元素,原子序為 $$62$$,元素符號為 $$\mathrm{Sm}$$。中等硬度的銀白色金屬,在空氣中容易氧化。釤最常見的氧化數為 $$+3$$,但釤的二價化合物如氧化釤 $$\mathrm{(SmO)}$$、硫化釤 $$\mathrm{(SmS)}$$、硒化釤 $$\mathrm{(SmSe)}$$、碲化釤 $$\mathrm{(SmTe)}$$ 與二碘化釤 $$\mathrm{(SmI_2)}$$ 等亦很常見 ,其中二碘化釤在化學合成上是一種常見的還原劑。釤雖然歸類為稀土元素,但在地殼中是含量排名 $$40$$ 的元素比錫等金屬更常見。釤沒有顯著的生物學反應性,但具有些微毒性。

稀土元素(rare earth element)

稀土元素(rare earth element)
國立臺灣師範大學化學系學士班四年級洪雋為

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圖一$$~~$$稀土礦物

稀土元素(rare earth element),為IUPAC定義週期表內的17種元素,包含鈧和釔及鑭系的15個元素,皆為金屬元素,因此又稱為稀土金屬(rare earth metal)。依原子序大小又分為輕稀土元素(LREE light rare earth element)、重稀土元素(HREE heavy rare earth element)兩類1

最早的稀土礦物,矽鈹釔礦(gadolinite) ,開採於瑞典伊特比村(Ytterby Sweden),許多稀土元素的名稱源於此地。

苯乙烯(styrene)

苯乙烯(styrene)
國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士、鄭文/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然責任編輯

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維基:保利龍餐盒http://zh.wikipedia.org/wiki/發泡膠盒

苯乙烯(styrene),顧名思義,結構就是乙烯為主結構,其中一個氫被苯基取代,為一無色液體,濃度低時帶有甜甜的香味。自然界就有苯乙烯的存在,可以從咖啡、肉桂等植物中提煉出來,英文名字styrene 就是因為苯乙烯為天然樹脂蘇合香(或稱安息香,styrax)主成分而得名,苯乙烯是重要的石化原料,被廣泛的使用於製造各種石化聚合物製品,例如橡膠、玻璃纖維、塑膠管、汽車零件、鞋子、酒杯、食物容器、地毯襯背等,2010年苯乙烯年產量即高達2500萬噸。其中大家最熟悉的苯乙烯製品就是以苯乙烯作為單體之聚苯乙烯(polystyrene, PS)。聚苯乙烯質地硬而脆,無色透明,可以和多種染料混合產生不同的顏色;發泡聚苯乙烯(俗稱保麗龍)是良好的熱絕緣體,因此經常被用來作為建築絕緣材料,如建築結構隔熱板,同時兼具吸音、隔音等效果。

雖然苯乙烯的沸點是145度,但是卻是一種容易揮發的且易燃的有機物。苯乙烯對人類有直接接觸危險性:當人們因為身處工地、剛裝潢好的空間、吸煙室或使用影印機等的環境中,導致暴露在被苯乙烯蒸氣所汙染之室內空氣時,眼睛就有可能因苯乙烯刺激而紅腫、流淚。如果皮膚接觸到苯乙烯,也會有吸入或滲透的危險性。此外,含苯乙烯產品之製造、使用及處理過程中,如果處理或控管不當就可能將苯乙烯釋放至空氣、水及土壤,導致使用或製造苯乙烯場所工作的人員暴露於苯乙烯中。苯乙烯的吸入相當可能會造成神經系統的影響。所幸在空氣中之苯乙烯,通常很快地會在1到2天內被分解,在土壤或水中之苯乙烯可能會被細菌或其他微生物所分解。

糖精(Saccharin)

糖精(Saccharin)
臺北市立第一女子高級中學二年級王芊蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科張永佶老師修改

糖精(Saccharin)分子式為 $$\mathrm{C_7H_5NO_3S}$$,白色結晶或粉末,是一種人工甜味劑。甜度是等重量蔗糖的 $$300$$~$$400$$ 倍,因為人體無法代謝,會自尿液中排出,所以不具熱量;也不會影響血液中的胰島素,可被糖尿病患者食用,唯甜中帶點輕微的苦味和金屬味,但相對熱穩定,故可用於烘焙,本身雖難溶於水,但其鈉鹽易溶於水。

由動物實驗發現高劑量的糖精會提高老鼠罹患膀胱癌的機率,但目前尚未證實對人體有害。每日允許攝取用量為每公斤體重 $$2.5$$ 毫克糖精。

完美的聚合物晶體

完美的聚合物晶體
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

聚合物是人生存必需的一種分子,大家熟知的核酸是由核苷酸單元所組成的聚合物,乃基因的主要結構。蛋白質是由胺基酸的單元所組成的聚合物,扮演生命化學裡重要的催化劑角色。由單醣組成的聚合物,包括澱粉、纖維等,亦是重要的生命化學物質。但是在日常生活中,人工合成的聚合物業已成為不可或缺的材料,舉凡食、衣、住、行、育、樂、和醫療都必須仰賴具有特定功能的聚合物素材。

要在實驗室製備具有單一分子量的聚合物不是一件容易的事,那需要非常精準的控制。從這個困難來看,生命體系裡面的許多聚合物是具有單一結構的分子,例如許多的蛋白質,以及重要的核酸,因此我們不能不佩服大自然精巧的設計。當然生命體所製造的許多聚合物,也可以是各種不同聚合程度的集合體,例如澱粉或纖維,只能用平均的分子量或分子量範圍來描述。大自然為何具有如此的多樣性呢?這是因為各種材料的存在是為了符合其使用的需求和環境。以心臟為例,它是由許多蛋白質所組合而成的肌肉,所構成的一個複雜裝置,在人的一生中必須跳動約25億次,讓氧氣透過約144,000公里路徑輸送到全身各處,有些位置的血管只有頭髮粗細(管徑愈細需要的壓力愈大),每天運送約8000升的血液而甚少出現血管壁的損壞。與大自然的設計,以及製造這些材料的精準度和耐用性來比較,人類科學家的能力還是非常的基礎!

離子液體(ionic liquid)(二)

離子液體(ionic liquid)(二)
國立臺灣師範大學附屬中學二年級1306班蔡威任/國立臺灣師範大學附屬中學化學科陳昭錦老師

連結:離子液體(ionic liquid)(一)

離子液體的特性

離子液體的導電度相較於很差的導體而言算是中等,不游離(non-ionizing),黏滯性高,蒸氣壓通常很低。其他的性質則較具歧異性,多半可燃性低、熱安定性優異、液態存在的溫度範圍廣、在許多極性或非極性的化合物有令人滿意的溶解特性。

在許多類型的化學反應中,例如: Diels-Alder 反應及 Friedel-Crafts 反應,離子液體可作為溶劑。近來的研究中,離子液體也當作生物催化反應中的溶劑。離子液體與水或其他有機溶劑的互溶性隨陽離子的支鏈長度及陰離子種類而變化。它們可扮演酸、鹼或是配位基的角色,也可在製備穩定的碳烯(carbenes)時當作前驅物(precursor salts)。

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