化學與社會

十大美麗化學實驗--戴維 (Davy)利用電解(Electrolysis)分離元素

十大美麗化學實驗--戴維 (Davy)利用電解(Electrolysis)分離元素
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

大自然最奇妙之處,莫過於僅用八十八種天然元素就組成了多采多姿的世界,而科學家終其一生只要發現一種元素就足以名留千古。所以在票選十大美麗化學實驗中,就有三項實驗是有關元素的發現(普利斯利、戴維、居禮夫婦)。談到元素的發現,若英國科學家戴維(Humphry Davy,1778-1829,圖一)說他是第二,絕對沒人敢說是第一。他發現了鹼金族的鈉(sodium,Na)、鉀(potassium,K),鹼土族的鎂(magnesium,Mg)、鈣(calcium,Ca)、鍶(strontium,Sr)、鋇(barium,Ba);而氯(chlorine,Cl)和碘(iodine,I)的發現也與他的貢獻有關。除了元素發現,戴維對現代化學的理論建立也是貢獻良多,更別說戴維一生最大的發現:收一位摺報紙的學徒為助手,這位學徒就是我們現今尊稱的電學之父--法拉第(Michael Faraday)。

圖一:戴維發現了鹼金族的鈉、鉀,鹼土族的鎂、鈣、鍶、鋇;而氯碘的發現也與他的貢獻有關。

十大美麗化學實驗--費雪(Fischer)決定葡萄糖(Glucose)的立體結構

十大美麗化學實驗--費雪(Fischer)決定葡萄糖(Glucose)的立體結構
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

立體化學一般認為源自1848年巴斯德(Louis Pasteur)分離酒石酸鹽晶體,而後於1874年,凡特何夫(Jacobus Henricus van’t Hoff)和勒貝爾(Joseph Achille Le Bel )才確立光學活性的來源:「若有四種不同的原子或基團排列在四面體的頂點,將會形成兩種異構物,而兩者互為鏡像關係。」(詳見 “十大美麗化學實驗--巴斯德(Pasteur)分離鏡像異構物(Enantiomers)”一文)

圖一:掌性中心

十大美麗化學實驗 ─ 克希何夫 (Kirchhoff)、本生 (Bunsen) 開創元素光譜分析

十大美麗化學實驗 ─ 克希何夫 (Kirchhoff)、本生 (Bunsen) 開創元素光譜分析 (Spectrum Analysis)
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:克希何夫(左),本生(右)

在十大美麗化學實驗中除了居禮夫婦發現放射性元素外,唯有克希何夫(Gustav Kirchhoff,1824-1887)與本生(Robert Bunsen,1811-1899)是兩人合作共同做出重大發現。有趣的是,本生是位化學家、克希何夫則是物理學家,他們除了光譜分析之外,分別在化學、物理領域都有卓越的貢獻,是怎樣的機緣讓兩位名滿天下的大師級人物擦出燦爛的火花呢?

十大美麗化學實驗--巴特萊特(Bartlett)合成鈍氣(Noble Gas)化合物

十大美麗化學實驗--巴特萊特(Bartlett)合成鈍氣(Noble Gas)化合物
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

學過週期表的人,一定都知道在整張表的最右邊有一行惰性氣體(noble gas),它們靜靜地躺在那裡,好似過著與世無爭的生活。不過科學家就是愛搞怪,越是乖寶寶的物質,越是要試看看它們能不能和活潑的物質反應,第一位挑戰者便是惰性氣體化學的老祖宗--拉姆謝(William Ramsay1904年諾貝爾化學獎,圖一)

圖一:研究惰性氣體化學的老祖宗--拉姆謝(William Ramsay,1904年諾貝爾化學獎)。

史上十大美麗化學實驗

史上十大美麗化學實驗 (Top 10 Beautiful Chemistry Experiments)
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

化學是甚麼?

教授面對這樣的問題,常會笑著把化學的英文辭彙(Chemistry)拆開來講:「Chem is try (化學就是動手試)。」化學的發展正是仰賴不斷的實驗,揭開隱含其中的奧秘。

十大美麗化學實驗--卜利士力(Priestley)發現氧氣(Oxygen)

十大美麗化學實驗--卜利士力(Priestley)發現氧氣(Oxygen)
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:卜利士力發現當他加熱氧化汞時,會產生一種氣體,並將其命名為「去燃素氣體」。

科學發現的剎那是怎麼出現的?教科書裡常見的說法是,把科學發現簡化為某個人在一次事件或實驗中就有的結果。也因此,針對發現的先後順序、獨立性往往都會造成爭執。氧氣的發現,就是一件涉及三人的歷史公案:英國人卜利士力(Joseph Priestley,1733-1804,圖一)、瑞典人舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786,圖二)、法國人拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794) 。

醣類的組成與分類

醣類的組成與分類 (Composition and Classification of Saccharide)
臺北市立第一女子高級中學三年級陳怡蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

醣類主要的組成化學元素是碳、氫、氧。基本化學結構式為C6(H2O),由於氫與氧的比例是2:1,與水的化學式相同,故俗稱「碳水化合物」(Carbo-hydrates)。而醣與糖的區別,在於「醣」即泛指所有的碳水化合物,如肝醣、纖維質、澱粉等;「糖」則是指具有甜味的醣類,如葡萄糖、麥芽糖等。

醣類的消化與吸收

醣類的消化與吸收 (Digestion and Absorption of Saccharide)
臺北市立第一女子高級中學三年級陳怡蓁/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

醣類的功能

1. 提供熱量:腦、神經系統以及紅血球細胞所需要的能量主要由葡萄糖的代謝來提供。完全氧化代謝4.1 kcal/g,但消化過程損失2 ℅而消化率98 ℅ → 生理熱量值4 kcal/g。

2. 保護體組織蛋白質(蛋白質節省作用):為使腦與神經系統獲得充足的葡萄糖,必須維持血糖濃度,正常值約為每100毫升血漿含有70-150毫克葡萄糖(70-150 mg/100 ml)。血糖降低時,若體內沒有醣類的儲存,就會分解組織的蛋白質,代謝轉化成葡萄糖以維持血糖和重要器官功能,因此攝取充足的醣類可以保護組織蛋白質免於被分解消耗。

3. 避免酮酸中毒:當體內葡萄糖不足時,許多細胞改用脂肪酸為主要能量來源。可是脂肪酸的氧化代謝需要少量的葡萄糖,若葡萄糖不足,脂肪酸氧化不完全,其產物就是大量的酮酸(keto-acids)與酮體(ketone bodies),大量堆積對身體有不良的影響。為了使脂肪酸充分利用,每天至少需要醣類70-100公克。

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