化學與社會

化學史(History)

化學史(History)
國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

  化學的起源可追溯到人類從燃燒反應所觀察到的許多現象,因而發展出冶金術(metallurgy),它是從礦石中提取金屬的一種科學方法。由於人類對黃金的貪念,因此發現了將其純化的方法。但人們對其原理並不瞭解,且他們希望獲得物質轉換法的慾望勝過將其純化。在那個時期的許多學者都深信在自然界中存在著可將較便宜的金屬轉變成黃金的方法。因而有煉金術(alchemy)的誕生,他們不斷尋找所謂的魔法石(philosopher’s stone),並且相信物質只要與魔法石接觸就能轉變。

酶(enzyme)

(enzyme)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯 

酶又稱為酵素,是指具有催化功能的蛋白質。酶所催化的反應速率通常是未催化反應的數十萬倍,甚至達百萬倍。酶催化的原理式通過降低化學反應的活化能來加快反應速率,本身在反應過程中不被消耗,也不影響反應的化學平衡。酶的結構決定了它們的催化活性和機理。接受酶催化的反應物稱為受質(substrates),大多數的酶都要比它們的催化受質大得多,但是酶分子中只有一小部分直接參與催化反應,此小部分可稱為酶的活化中心(active site),此區域通常只由3-4個胺基酸單元()及中心金屬元素所組成。

酶具有高度的專一性(Specificity),只催化特定的反應或產生特定的構型,酶的形狀、表面電荷、親疏水性都會影響專一性。簡言之,酶只對具有特定空間結構的某種或某類受質起作用。

雖然酶是蛋白質,但並非具有生物催化功能的分子都是蛋白質,有一些被稱為核酶的RNA分子同樣具有催化功能。此外,人工酶也具有與酶類似的催化活性。酶的催化活性可以受其他分子影響:酶的活性還可以被溫度、化學環境(如pH值)以及受質濃度等。酶的抑制劑(enzyme inhibitor)可以降低酶活性的分子;酶的活化劑(enzyme activator)則可以增加酶活性的分子。一般情況下,酶在常溫、常壓和中性水溶液條件下可以正常發揮催化活性。在極端條件下,包括高溫、過高或過低pH條件等,酶會失去催化活性。另外也有一些酶則偏好在特定條件下發揮催化功能,如嗜熱菌中的酶在高溫低pH條件下具有較高活性。

草酸鈣與結石(calcium oxalate&kidney stone)

草酸鈣與結石(calcium oxalatekidney stone
國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯  

人體的腎結石與尿道結石中,有很大的比例是由草酸鈣(CaC2O4, calcium oxalate)所組成。草酸鈣由鈣鹽水溶液與草酸作用而生成,在人尿中也含有少量草酸。草酸鈣為白色晶體粉末,不溶於水及醋酸,但可溶於稀鹽酸或稀硝酸,將其直接加熱可分解變成碳酸鈣或氧化鈣。

腎結石病因可分為原發性、其他疾病及與飲食習慣有關。由於腎結石最常見的成份為草酸鈣,一般人的觀念總以為攝取過量的鈣會加速腎結石產生。然而有充份的證據指出,對許多腎結石患者而言,低鈣飲食和高結石率有闗聯,反之亦然。高蛋白質飲食也可能助長結石。動物性蛋白質分解後成了酸性,要靠骨頭中的鈣來平衡酸鹼度。當血液經過腎臟,濾除廢物時,腎臟會把鈣吸收回來,結果吃越多肉類,腎臟裡的鈣就越多。時間久了,這些鈣若是沒有清掉,就凝聚成結石。

明礬

明礬 (alum)
國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

明礬 (alum)通常是對於鉀明礬的簡稱,又稱白礬或生礬,學名為硫酸鋁鉀(aluminium potassium sulfate) 。明礬為硫酸鋁與硫酸鉀的複鹽。化學式為KAl(SO4)2.12 H2O。

純淨的明礬為白色的八面晶體,味澀而微甜,比重1.7571,熔點105℃。在空氣中易風化,失去部分結晶水,於645℃失去18H2O。室溫時在水中的溶解度接近10-15g/100g水,水溶液呈弱酸性質。明礬不是危險化學品,但儲存時須防止受潮。

直接甲醇燃料電池

直接甲醇燃料電池(DMFC)
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

一、目的:學習直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cell,DMFC)之製作原理及性能測定(1)。
二、實驗技能:學習電解、電鍍、電化電池、組裝甲醇燃料電池及使用電源供應器與三用電表。
三、原理:
(一)電化電池
電化電池是利用能夠自然發生的氧化還原反應,經電化電池的裝置將化學能轉變為電能。以鋅銅電化電池為例(圖1),陽極為鋅片,進行氧化反應產生鋅離子與電子(式1),電子經外電路的導線傳遞到陰極之銅片,陰極半電池中之銅離子於銅片上接受電子進行還原反應(式2),總反應方程式如式3所示。陽極與陰極兩半電池間以含有電解質的鹽橋連接,藉由鹽橋中所含帶電荷離子的移動,形成完整的電路。鋅銅電化電池在25oC,[Zn2+]、[Cu2+]濃度均為1 M的標準狀態下,量測到電池的電位(Eocell)為1.10 V。

不一樣的化學課-「會變魔術的奇妙杯子」

不一樣的化學課-「會變魔術的奇妙杯子」(magic cups)
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

【想一想】到底是什麼原因,讓這些杯子裡的液體,發生如此奇妙的顏色變化?

 

「化學」對於許多高中學生而言,是門既深奧又難以理解的學科;其中的化學符號、化學反應式,更讓人充滿了無盡的恐懼感!傳統的教學方式,是以知識灌輸為主,教師賣力的口述與板書,學生認真的聽講與紀錄,但師生之間似乎總是無法產生太多的共鳴!目前最新的教學策略「問題導向專題式教學(problem-based learning, PBL)」,強調觀察、探究、思考、應用等能力的訓練與運用,但是對教師而言,此種開放式的教學歷程,如果不能在實施過程中確實掌握每個環節,可能會使教學活動失焦,造成熱鬧有餘卻深度不足的結果;尤其自然學科的相關理論,錯綜複雜,更讓教師們有所疑慮而裹足不前。此外,PBL課程在實施過程中,也讓人擔憂,會不會因為過於「開放」而在最後無法「收斂」?

約翰‧道耳頓(John Dalton)

約翰‧道耳頓(John Dalton)
高雄市立高雄高級中學陳文靜老師

道耳頓出生於貴格會的家庭,是一個織布工的兒子。自幼聰穎過人,十五歲時,就和哥哥約拿單(Jonathan)一同管理一所坎得爾(Kendal)附近的貴格派信徒學校。1790年時,道耳頓曾考慮唸法律或醫學,但是他的親戚並不鼓勵他去,因為當時英國大學排斥非英國國教的教徒到他們的大學任教,所以他仍留在坎得爾。直到1793年的春天,道耳頓搬到曼徹斯特,擔任新學院(New College)的數學和自然哲學教師。他是透過一位盲眼哲學家約翰高夫(John Gough)的推薦才到曼徹斯特這所清教徒學院任教的。高夫很博學,曾和道耳頓在山上架了一個天氣觀測站,非正式地教了道耳頓一些科學知識。道耳頓在曼徹斯特的學校教到1800年,學院財政惡化,才不得不辭去他的教職,開始在曼徹斯特做數學和自然哲學的私人教師。

道耳吞(Dalton) (一)

道耳吞(Dalton) (一)

道耳吞(John Dalton)是織布工的兒子,十五歲時,他進入他哥哥Jonathan在Kendal附近管理的貴格派信徒學校求學。1790年道耳吞考慮唸法律或醫學,但是他的親戚並不鼓勵他去 –當時英國大學排斥異教徒到他們的大學任教或上課—所以,他仍留在Kendal。直到1793年的春天,道耳吞搬到曼徹斯特,被任命教數學和自然哲學。他是透過盲眼哲學家約翰高夫才到曼徹斯特的這所異教派的新學院教書的。高夫很博學但他的科學知識並非由正式教育獲得。道耳吞在那個職位直到1800年。當學院財政惡化到他不得不辭去他的職位並開始在曼徹斯特當數學和自然哲學的私人教師。

普羅斯特(Joseph Louis Proust) (一)

普羅斯特(Joseph Louis Proust) (一)
國立高雄女中化學科陳文靜老師責任編輯

定比定律(定組成定律):由兩種或兩種以上元素化合成一化合物時,其元素間的質量比是固定的。此定律乃普羅斯特 (Joseph Louis Proust,1754~1826) 於1799年所提出的。以下是對普羅斯特的簡介: 普羅斯特出生於1974年9月26日,出生地是法國安格斯(Angers, France),父親是安格斯的藥劑師。普羅斯特在他父親的店學習化學,後來到巴黎,並成為巴黎最好的藥劑師。因為卡羅士四世(Carlos IV)的影響,他來到西班牙,並在Segovia與Salamanca大學教化學。

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