化學教育

化學實驗、示範實驗、情境試題、實驗試題、形成性評量、總結性評量、化學發展史、化學家傳記

指紋檢測

指紋檢測 (Dactylogram Recognition)
警察大學一年級黃凱斌/國立臺中第一高級中學化學科薛朋雨老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

指紋顯現:粉末法+水濕指紋顯現

實驗原理:

潛伏指紋的殘留物中,水分佔相當大的比例,大約含98.5 %,另有少量的有機物。汗液中大量的水可以吸附粉末,粉末法就是利用這種原理。對於遺留時間稍久之指紋或因接觸額頭、鼻尖等處油脂稍多之潛伏指紋,因為水分已逐漸蒸發,但仍有汗液中不易蒸發、黏稠性高之有機物附著,所以依然會顯現。水濕指紋SPR是一種二硫化鉬的溶液(黑色)其對於油脂性檢體特別敏感適用於淺色不吸水物體,而深色檢體必需用以碳酸鋅組成的溶液才能有較大反差。

環境荷爾蒙 (Endocrine Disrupting Chemicals)

環境荷爾蒙 (Endocrine Disrupting Chemicals
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

環境荷爾蒙是一些人造的化學物質,造成環境污染後,透過食物鏈再回到我們身體(或其他生物体內),它可以模擬我們體內的天然荷爾蒙,而影響了我們身体內的最基本的生理調節機能,例如:模仿人體荷爾蒙的作用(如模擬女性動情激素)、改變體內分泌荷爾蒙的濃度 、改變體內分泌荷爾蒙活性物的濃度,而讓生育能力改變。

環境荷爾蒙對生態及人體的影響
早在多年前,英國學者就發現了在英國國內某條河川中,找不到雄性的魚類。同一時間,世界各地的生物學者也開始注意到這個現象。在許多地方,也陸陸續續發現到,雄性動物的比例過低,就像突然消失了一般。尤其是在美國醫師會會報上,華盛頓世界資源研究所的戴維斯博士,指出了男女出生兒的比率發生了顯著的變化,全球的男嬰出生率正在逐年下滑,更引起了全球的重視。另外,也有許多報告指出,女性的發育速度正在逐漸加速,使得乳房發育、月經等,第二性徵出現的年齡逐漸降低。更糟糕的是,男性精液中所含的精子數量也在逐漸減少當中。而造成這些問題的元凶,極有可能就是環境荷爾蒙。

壓電材料

壓電材料 (Piezoelectric Material)
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

物質受壓力(應力)而產生電流的現象稱為壓電效應(Piezoelectric effect),此乃利用能量轉換(Transducer)原理把機械能(Mechanical energy)轉變成電能的方法。

具有壓電性質的材料種類很多,在1942年發現鈦酸鋇(BaTiO3)具有壓電性質後,科學家陸續發現陶瓷類的鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(Lead zirconate titanatePZT)及單晶類的鈮酸鋰、鈮酸鉀、石英、電氣石、羅德鹽(Rochelle saltPotassium sodium tartrate)與薄膜類的氧化鋅等都具有壓電的特性。此外,天然的高分子中亦有一些物質具有此種性質,如骨骼、聚氨基酸、DNA、木材等。人工合成的聚合物中的聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟氯乙烯、耐隆11等也具有較強的壓電性能。

形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)(一)

形狀記憶合金(Shape Memory AlloySMA)(一)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、形狀記憶合金特點
形狀記憶材料是指具有一定初始形狀的材料,經形變並固定成另一種形狀後,利用加熱、照光、通電等物理刺激或化學刺激的處理,又可恢復成初始形狀的材料,包括合金、複合材料及有機高分子材料等。1932年,瑞典人奧蘭德(A. Ölander)在金鎘合金中首次觀察到記憶效應,即合金的形狀被改變之後,一旦加熱到一定的溫度時,它又可以變回到原來的形狀,人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金(shape memory alloySMA)。記憶合金的開發時間不長,但由於其在各領域的特效應用,正廣為世人所矚目,被譽為神奇的功能材料

十大美麗化學實驗--柏金(Perkin)合成苯胺紫(Mauveine)

十大美麗化學實驗--柏金(Perkin)合成苯胺紫(Mauveine)
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

在科學界若二十多歲便有重大成果,例如勞倫斯.布拉格(William Lawrence Bragg)二十二歲與他父親共同發現布拉格定律(Bragg’s Law)已屬相當難得;能想像有人在十八歲–相當於現在高三的年紀,便對化學做出影響深遠的貢獻嗎?且讓我們來聽聽柏金(William Henry Perkin,1838-1907,圖一)的故事。

圖一:柏金(William Henry Perkin,1838-1907)

pH值(pH Value)的意義及發展歷史

pH值(pH Value)的意義及發展歷史
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

酸的強度除了可以利用酸解離常數Ka的大小來決定外,也可以用氫離子濃度[H+]的高低來判斷。隨著1890年間,離子理論發展漸臻成熟,科學家也越來越確定氫離子濃度與酸度之間的關係:[H+]值越大,其酸度越高。延續19世紀末化學家在電解質研究領域中的熱情,德國生理學家漢斯•威廉•卡爾•弗蘭德泰爾(Hans Wilhelm Karl Friedenthal, 1870-1943)除量測多種有機弱酸的解離常數之外,他更製作氫離子濃度尺度,羅列出在加入植物染料(vegetable dye)作為指示劑(indicator)的情況下,溶液中不同氫離子濃度與顯現顏色之間的關係。這也是科學史上,第一個有系統性地表達「氫離子濃度」與酸度大小之間關係的記載。 將這個概念發揚光大的,是丹麥生化學家索倫•彼得•勞里茲•索倫森(Søren Peter Lauritz Sørensen, 1868-1939)。自1901年開始,索倫森一直致力於酵素催化反應(enzyme-catalyzed reaction)的研究。他認為以傳統酸鹼滴定的方法來研究酵素反應並不適宜,因為溶液的酸鹼度除了取決於電荷分離效應達平衡的結果,另外有些受質(substrate)也可能與酸或鹼性物質結合,導致誤差,故此他主張,決定酸的真正強度(原文:wirklichen sauregrad; 英譯:real degree of acidity)最佳方式應是測量溶液中氫離子的濃度。

十大美麗化學實驗--拉瓦節(Lavoisier)進行金屬氧化(Oxidation)研究

十大美麗化學實驗--拉瓦節(Lavoisier)進行金屬氧化(Oxidation)研究
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

圖一:拉瓦節

在拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794,圖一)的時代,化學離現今的面貌還差得遠,空有一堆實驗結果,卻缺乏理論解釋以及統一用詞;雖然知道酸、鹼這些基本性質,不過沒有任何一樣物質的成分可以被確切了解。當時最廣泛被接納的理論是燃素說(phlogiston theory),燃素說認為可燃燒的物質含有燃素(phlogiston),物質在燃燒過程中逐漸釋放燃素。實驗發現,金屬在空氣中加熱後會產生灰燼,而灰燼的重量比原先的金屬還要輕,支持燃素說的科學家認為這是因為金屬富含燃素,釋放燃素後重量就會減少。不過偏偏有些金屬燃燒後還會變重,這是為什麼?燃素派科學家解釋說,在這些金屬裡面燃素的重量是負的。很奇怪吧,燃素可以有正的重量,也可以有負的重量?伸縮自如的燃素?

十大美麗化學實驗 ─ 居禮夫婦發現釙與鐳元素

十大美麗化學實驗-居禮 (Curie)夫婦發現釙 (Polonium) 與鐳 (Radium) 元素
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

當今舉世公認居禮夫人 (Marie Curie,1867-1934)為女性科學家的表率,而她與丈夫皮耶(Pierre Curie,1859-1906,圖一)發現放射性元素的歷程一直是學習科學必讀的經典故事。

圖一:實驗中的居禮夫婦

十大美麗化學實驗--格里納試劑(Grignard Reagent)的發現與合成應用

十大美麗化學實驗--格里納試劑(Grignard Reagent)的發現與合成應用
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

 

圖一:格里納點燃了有機金屬在合成應用的燎原之火。

在高中化學裡,我們學習有機物與無機物的分類,含碳的化合物除了一氧化碳、二氧化碳和碳酸鹽、氰化物等少數例外,其他都屬有機化合物,反之,不含碳的則是無機化合物。不過,有機化學與無機化學並非壁壘分明,在兩者之間其實有處綺麗的桃花源--有機金屬。有機金屬化合物的定義不完全一致,不過通常指的是化合物中含有金屬-碳(M-C)的鍵結。

格里納(Victor Grignard,1871-1935,圖一)並非是有機金屬最早的開創者,在他之前化學家已利用數種金屬成功合成有機金屬的試劑,不過是他點燃了有機金屬在合成應用的燎原之火。

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