1944年諾貝爾化學獎得主－奧托哈恩（Otto Hahn）(三)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
在之後的致謝中，Meitner寫到:
Otto Hahn 和 Fritz Strassmann發現了核分裂，這在人類的歷史中開啟了一個新的世代。就我看來這樣的發現是意義非凡的，尤其是利用純粹的化學來實現這樣的結果。
在接受德國電視台採訪時（ARD，1959年三月八號），Meitner說到：
Hahn與Strassmann藉由傑出的、以及難以置信的化學能力，做到這樣的成果，而此研究的成果是遙遙領先這時代的任何人。而美國人在不久後學會了如何做到這樣的結果，但在當下，只有Hahn 和 Strassmann能夠真正地做出這樣的成果。這正是因為他們是這樣優秀的化學家，他們成功了利用化學來展示並證明了一物理過程。
1944年諾貝爾化學獎得主－奧托哈恩（Otto Hahn）(二)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
在1938年7月13日， Lise Meitner為了幫助與支持Hahn，她必須得冒很大的風險，因為她具有猶太的血統，並且失去了她的奧地利國籍，最後她移居斯德哥摩爾〈Stockholm〉，斯德哥摩爾位於瑞典。Hahn繼續與Strassmann一同研究。1938年底，他們在他們樣品中發現鹼土金屬的同位素的證據。此金屬的發現是由Wilhelm Traube利用有機鋇鹽所建構，Wilhelm Traube也是一個猶太化學家，但後來被逮捕和殺害。然而尋找第二族鹼土金屬是有問題的，因為到目前為止其它元素的發現被認為是不符合邏輯。Hahn從鈾的核分裂產生出兩個α-粒子，並初步認定它是鐳。然而當時的科學共識是，在這個過程中分裂出兩個α粒子是不可能的。因為這個想法是把鈾轉變成鋇（必須消除約100個質子）被認為是荒謬的。在11月10日，Hahn與Niels Bohr和Lise Meitner討論了這些結果，於1938年12月16-17日進一步改進實驗的技術，最後有了決定性的實驗（即著名的“鐳鋇，釷，分餾“），但卻產生令人匪夷所思的結果：三種同位素的特性並不像是鐳，反而是像鋇。12月19日，在Hahn寫給Meitner的信中提到：“… …我們越來越接近一個可怕的結論，就是我們的鐳的同位素的特性不像是鐳，反而卻像是鋇… …也許你可以有一些特別的解釋，我們認為它不可能真正的變成鋇。Meitner同意這個結果，因為鈾核的爆裂這件事情是令人非常難以接受，但他們認為有此可能性。
1944年諾貝爾化學獎得主－奧托哈恩（Otto Hahn）(一)
國立臺灣師範大學化學系吳詩慧碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
Otto Hahn（1879年3月8日- 1968年7月28日）是一名德國化學家，為輻射與放射化學領域中的先驅者，並因此而獲得了諾貝爾化學獎，且被視為「核化學之父」和「原子時代的發現 者」。除此之外，Hahn也是個敢反抗納粹迫害的猶太人，在二次世界大戰後，他舉辦許多活動來表達反對將核能應用在武器上的念頭。在1946年時，他擔任德皇威廉協會〈Kaiser Wilhelm Society〉的最後一任主席，以及1948年至1960年他擔任馬克斯普朗克學會（Max Planck Society）的首任主席。他被許多人公認為是一名具有卓越學術形象及個人誠信的一個典範，且為德意志聯邦共和國中最具有影響力的公民之一。
化學示範實驗：紙鈔含鐵嗎？（Is There Iron in Paper Dollar Bills?）﹝II﹞
國立彰化師範大學化學系學生鄭舜竹 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
原理和概念
● 混合物是由二種或二種以上的物質所組成，在混合物中每一個純物質都有本身的物理和化學性質。由於這些性質的存在，因此使我們可以從混合物分離出物質。有些國家的紙鈔含鐵粉，因此紙鈔是混合物。
● 均質混合物（Homogeneous mixture）是每一個組成物質有相同的貢獻度的混合物；異質混合物（Heterogeneous mixture）是每一個組成物質有不同的貢獻度的混合物。鐵粉以細粉狀分散在紙鈔的兩端，因此紙鈔是異質混合物。
● 通常分析一個樣品會不可逆地改變這個樣品，本示範實驗也是如此。
● 會被磁鐵吸引是因為物體具有順磁性，順磁性是指一種物質的磁性狀態。有些物體可以受到外部磁場的影響，產生指同相向的磁化向量的特性，這樣的物質具有正的磁化率。與順磁性相反的現象被稱為抗磁性。
● 判斷一個物質是否可以被磁鐵吸引，就要看它是否有順磁性（paramagnetism）。簡單地說，我們把原子外圍的電子之量子數分成四種，分別是主量子 數、角量子數、磁量子數以及旋量子數。順磁性主要依據旋量子數，每一個軌域都可以填兩個旋量子數不同的電子（+1/2和-1/2），以鐵為例，鐵的電子組 態如圖十四所示：
圖十四 鐵的電子組態
化學示範實驗：紙鈔含鐵嗎？（Is There Iron in Paper Dollar Bills?）﹝I﹞
國立彰化師範大學化學系學生鄭舜竹 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
前言
大家都玩過磁鐵吸引鐵製物品，也試過很多物品看看是否可以被吸引。確實地，生活週遭有很多物品可以被磁鐵吸引，例如迴紋針、鐵釘、刺繡針…等，你（妳）試過有些紙鈔的邊緣也可以被強力磁鐵吸引嗎？可以用化學方法檢驗紙鈔含鐵嗎？
示範實驗影片
請按此連結：紙鈔含鐵嗎？（Is There Iron in Paper Dollar Bills?）﹝I﹞和〔II〕，YouTube。
化學實驗室實驗：利用粉筆進行離子遷移（Migration of Ions using Chalk）〔III〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
連結：利用粉筆進行離子遷移（Migration of Ions using Chalk）〔II〕
教師手冊（Teacher’s Guide）
教學提示
● 上課時間：教師實驗解說：約15分鐘，學生粉筆鑽孔和在粉筆刻上凹痕：約5分鐘，學生實驗操作和實驗紀錄約60分鐘。討論與分享：約15分鐘。
● 本實驗所用的粉筆為傳統的粉筆，其主要成分為硫酸鈣，這是因為此種粉筆的孔隙較大，容易吸附電解液，而且也容易鑽孔洞。粉筆鑽孔洞亦可用鑽孔器和尖銳的筆尖等，但不可施力過大而造成粉筆鑽孔的破裂。
● 以鉛筆的筆芯當作電極，此筆芯可選用2B扁型筆芯，折取所需長度，十分方便且省時。
● 用市售9V電池代替電供應器亦可，只是反應速率過慢，不符合經濟效益。
● 使用濾紙進行離子遷移時所搭配的電解液以酸性溶液為佳，但使用粉筆時卻是鹼性溶液效果最佳。這是因為粉筆的主要成分為硫酸鈣，其次成分為碳酸鈣，其中硫酸 鈣不易與溶液反應，但碳酸鈣與酸性或鹼性電解液會產生反應，進而影響到離子在其中的移動。不同的電解液與碳酸鈣反應之比較，如表五所示。
化學實驗室實驗：利用粉筆進行離子遷移（Migration of Ions using Chalk）〔II〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
連結：利用粉筆進行離子遷移（Migration of Ions using Chalk）〔I〕
學生講義之二（Student Handout II）
實驗步驟
D. 相同元素不同價數的離子移動
1. 先用一支美工刀切斷一支白色粗粉筆成兩半，每段粉筆的長度約4 cm，再使用一支合適大小的一字形螺絲起子在粉筆的兩端鑽孔洞，深度約0.5 cm。
2. 在粉筆的中間位置刻上環狀的凹痕，順著凹痕滴入0.1 M的FeCl2和FeCl3混合液，使其完全滲入。
3. 浸入在粉筆的一端在0.1 M NaOH溶液中，讓溶液慢慢地擴散至接近混合液時立即拿起，另一端亦復如此。
4. 插入2B筆芯於粉筆兩端的孔洞中，以鱷魚夾導線連接筆芯與直流電源供應器。調整電源供應器電壓為為15 V，每隔五分鐘記錄離子移動的位置。
5. 在粉筆上塗上0.1 M K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀，赤血鹽）溶液，以便觀察Fe2+的移動。
化學實驗室實驗：利用粉筆進行離子遷移（Migration of Ions using Chalk）〔I〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之一（Student Handout I）
實驗介紹
本實驗的目的是學生使用粉筆當作電解液的離子遷移之媒介，施以直流電當作電場，控制適當的電壓，直接地觀察有顏色的陰陽離子以及間接地觀察呈色的陰陽的移動情形，圖一為利用粉筆進行不同陽離子的離子遷移。
圖一 利用粉筆進行不同陽離子的離子遷移
化學實驗室實驗：酚酞的合成及其四種形式的觀察（Synthesis of Phenolphthalein and Observation of Its Four Forms）〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
教師手冊（Teacher’s Guide）
進階原理
● 由苯酚和鄰苯二甲酸酐合成酚酞的反應機構分成兩階段：(1)在酸性條件下，鄰苯二甲酸酐的酸酐先進行質子化，然後正電荷轉移到酸酐上的碳。接著，苯酚的苯環富含電子去攻擊鄰苯二甲酸酐的酸酐上帶正電的碳，進行親電子芳香族取代反應（electrophilic aromatic substitution reaction），或說進行傅-克醯化反應（Friedel-Crafts acylation）。(2)同樣地，在酸性條件下，第一階段產物分子的酮基，先進行質子化，然後正電荷轉移到酮基上的碳。接著，第二分子的苯酚與其進行親電子芳香族取代反應，或說進行傅-克醯化反應。酚酞合成的反應機構簡單地如反應式[2]所示。
教學提示
● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生合成酚酞：約30分鐘，學生觀察酚酞四種形式：約20分鐘。學生歸納所觀察到的現象和回答問題：約20分鐘。
● 在酚酞合成後，若酚酞四種形式的顏色觀察，改為直接以逐滴地加入極強鹼（高濃度）的氫氧化鈉溶液之方式進行，仍然可以觀察到與實驗步驟（先加入水和濃硫 酸，後加氫氧化鈉顆粒）有相同的顏色變化。然而，實際上會遭遇到一些困難。其一為無法配製極強鹼（高濃度）的氫氧化鈉溶液，其二為在測試溶液pH值時，由 於溶液過於濃稠而不易塗在pH試紙上，進而影響到pH值的判讀。
● 若在酚酞合成後不加入乙醇只加入水來溶解酚酞，則溶液會呈現混濁狀。在觀察顏色上會受到混濁狀況的干擾，而且在極鹼性條件下，會造成沉澱的現象。
● 實驗時，必須戴手套防止苯酚滲入皮膚而造成灼傷。如果學生不慎接觸到苯酚，應該先快速利用清水沖洗，然後塗抹凡士林。
● 全班可以共用一台加熱器和一個砂浴。如果沒有加熱器和砂浴，那麼也可以用沸水浴取代砂浴，只是反應時間需要20分鐘。沸水浴比砂浴更容易觀察酚酞合成是否完全，如圖六所示。
圖六 試管放入沸水浴中進行反應
化學實驗室實驗：酚酞的合成及其四種形式的觀察（Synthesis of Phenolphthalein and Observation of Its Four Forms）〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生方浩羽 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義（Student Handout）
實驗介紹
酚酞（Phenolphthalein）常當作酸鹼指 示劑來區分物質的酸鹼性，也用於酸鹼滴定的終點判定。酚酞在酸性條件下是什麼顏色的？也許很多人毫不猶豫地回答是無色。酚酞在鹼性條件下又是什麼顏色呢？ 也許有人會立即回答是粉紅色或紅色。這樣的回答是正確嗎？其實不然，酚酞有四種不同的形式，在不同的酸鹼條件下會對應到不同的顏色。
本實驗的目的是利用實驗室簡單的器材和少量的藥品，讓學生學會酚酞的合成，並且控制酚酞在不同的酸鹼條件下，觀察其四種形式所對應的顏色，如表一所示。
表一 酚酞的四種的形式及其對應的顏色
資料來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein
酚酞的合成可以利用兩當量的苯酚（phenol）和一當量的鄰苯二甲酸酐（phthalic anhydride）在濃硫酸的催化下合成而得，其反應如反應式[1]所示。這個方法由阿道夫‧馮‧拜爾（Adolf von Baeyer）於1871年發現。如果酚酞的合成條件是在濃硫酸的催化下，亦即在強酸的條件下，那麼產物為In+的形式，此形式的酚酞顏色為橘紅色。
