化學

鎳鎘電池(Nickel-cadmium Battery)

鎳鎘電池(Nickel-cadmium Battery)
國立台灣大學化學系黃俊誠博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鎳鎘電池是一種使用氫氧化亞鎳(Nickel oxyhydroxide;NiOOH)與金屬鎘(Cd)為電極的蓄電電池,最早於1899年由瑞典的的渥德莫‧甄格(Waldemar Jungner, 1869-1924)發明。在此之前,鉛酸電池是唯一能重複使用的蓄電池。其電池主要構造原理為:位於陽極的鎘和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH)反應成氫氧化鎘,並附著在陽極上,同時產生電子;電子沿著電線至陰極,和陰極的氫氧化亞鎳反應形成氫氧化鎳(Ni(OH)2),氫氧化鎳附著在陰極上。因為在陽極半反應中消耗掉的氫氧根離子,在陰極半反應中又產生,故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。反應式如下:

鉛蓄電池

鉛蓄電池 (Lead-acid Battery)
國立臺灣大學化學系黃俊誠博士/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

1829年法國物理學家貝克勒(Alexandre-Edmond Becquerel,1788-1878)製造出一個能稍微產生穩定電流的金-硫酸銅電池,他的學生蒲朗第(Gaston Planté,1834-1889)於1859年所發明世界上第一個實用的鉛蓄電池。剛開始由於初期的鉛蓄電池加工成型過程冗長難以大量生產,因而不受重視。直到1881年法國科學家福耳(Camille Alphonse Faure,1840-1898)將電池設計做了重大改進,把氧化鉛(Pb3O4)直接塗佈於鉛板上,才讓鉛蓄電池開始得以商業化。鉛蓄電池可在短時間內大量放電,且長時間放電電壓穩定,也沒有鹼性電池的記憶效應缺點。現今鉛蓄電池多用於汽、機車等交通工具,近年來更發展出各種不同用途,如可在水中和在低溫下使用的電池,更使其使用範圍增大,對我們愈來愈重要。

鎳氫電池(Nickel-metal Hydride Battery)

鎳氫電池(Nickel-metal Hydride Battery)
國立台灣大學化學系黃俊誠博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鎳氫電池(Nickel-metal Hydride Battery或Nickel-metal Hydride Cell)的縮寫為NiMH,以吸附式氫氣合金電極為陽極,取代鎳鎘電池中的鎘金屬,如同鎳鎘電池,其陰極電極為氫氧化亞鎳(Nickel oxyhydroxide;NiOOH)。(圖一)由於此合金可吸收高達本身體積100倍的氫,儲存能力極強。和鎳鎘電池相比,兩者皆為1.2伏特電壓;鎳氫電池的電池容量(Capacity)約為鎳鎘電池的2-3倍,具低記憶效應與高自放電(Self-discharge)特性,可在一小時內再充電,內阻較低,一般可進行500次至1000次的充放電循環。但是與鋰電池比較,鎳氫電池的體積能量密度較低,行放電較高,且較高的記憶效應。因為鎳氫電池不含鎘,並且無鎘重金屬污染之虞,被譽為最環保的電池。

鋰電池(Lithium Battery)

鋰電池(Lithium Battery)
國立臺灣大學化學系黃俊誠博士/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鋰電池的研究最早是在1912年由Gilbert Newton Lewis開始進行鋰離子電池之研究,真正上市的第一顆鋰電池是在1970年上市,但是它不能重複充電使用,為一次性鋰電池。一次性鋰電池以金屬鋰為陽極,碘為陰極,碘化鋰為電解質。鋰電池早期用於心律調整器,可維持十幾年的壽命。其反應方程式如下:
陽極反應:2Li(s) + 2I(aq→ 2LiI(s) + 2e
陰極反應:I2(l) + 2e– → 2I(s)
總反應:2Li(s) + I2(l→ 2LiI(s)     總電位 = 3.0 伏特

可重複使用鋰電池的開發是自1980年英國谷登拿(John B. Goodenough, )教授發表鋰鈷電極材料的論文開始,1991年日本Sony公司正式推出鋰離子二次電池商品。二次鋰電池特點為能量密度高、操作電壓高、輸出功率大、放電平穩、工作溫度區間大、充放電循環可達500次以上、自放電低、儲存壽命長,被視為目前最主要的二次電池。

玻璃(二)

玻璃 (Glass)(二)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃的種類
玻璃通常按主要成分分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品種和數量很少,主要有硫系玻璃和鹵化物玻璃。硫系玻璃可截止短波長光線而通過黃、紅光,以及近、遠紅外光,其電阻低,具有開關與記憶特性。鹵化物玻璃的折射率低,色散低,多用作光學玻璃。氧化物玻璃又有石英玻璃、矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、氟化物玻璃之分。產量最大、品種最多的是矽酸鹽玻璃。

玻璃(Glass)(一)

玻璃(Glass)(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

玻璃通常是以石英砂、純鹼、長石及石灰石為主要原料,在高溫爐內熔融,發生複雜的物理變化、化學反應後,形成無機氧化物的熔融混合物,如氧化矽、氧化鋁、氧化鉀/氧化鈉、氧化硼等,高溫熔化成氧化物的連續網絡結構,冷卻過程中黏度逐漸增大並硬化形成非結晶矽酸鹽類的無機非金屬材料,它們並沒有特有的固定的組成,非結晶性是其區別於陶瓷、水泥材料最顯著的結構特徵。

不同種類的玻璃,其化學成分各不相同,但含量最高的還是非晶二氧化矽,一般為50%~80%,在石英玻璃中更高達98%以上。SiO2在玻璃中構成骨架,賦予玻璃良好的化學穩定性、熱穩定性、透明性、較高的軟化溫度、硬度和機械強度。但含量增大時,熔融溫度升高,玻璃液黏度增大。SiO44-四面體結構為其基本構築單元。普通玻璃還含有氧化鉀/氧化鈉、氧化鈣等其他氧化物。

一氧化碳

一氧化碳 (Carbon Monoxide)
國立臺灣師範大學化學研究所周煜翔碩士生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一氧化碳是一種無色無味無臭的高毒性的氣體,分子包含一個碳原子和一個氧原子,以共價鍵三鍵碳—氧鍵連結,是一種最簡單氧化態的碳。

含碳化合物主要生成為常見的二氧化碳(carbon dioxide,CO2),一氧化碳來自於部分氧化的含碳化合物,當減少氧氣的供應,如在密閉空間中操作爐灶或內燃機,則會有一氧化碳的產生。一氧化碳具有顯著的燃料價值,在空氣中燃燒時產生藍色火焰,產生二氧化碳。儘管一氧化碳有劇毒,卻能廣泛使用(作為主要的組成部分,煤氣)為照明,做飯和取暖,以及鎳的生產。一氧化碳仍然在現今科技中占有重要的地位,在工業上,如煉鐵和作為各種產品的前驅物。

磷(Phosphorus)

磷(Phosphorus)
國立台灣師範大學化學研究所周煜翔碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

磷是常見的化學元素,其化學符號P,原子序為15,原子量為30.97 克/莫耳,週期表中為第三週期,電子組態為[Ne]3s23p3。磷是氮族元素中一種高價數的非金屬,常見於無機磷酸鹽中。

由於磷有高度活性,在自然界從未發現以元素態存在,於1669年,最初發現磷的形態為白磷。

來源
磷可以利用許多不同的方法獲得。磷的來源,主要以磷酸岩中的磷酸鈣來取得,經由電爐加熱處理得到碳和二氧化矽,而磷形成蒸汽,可收集成磷酸。這個方法類似於第一次磷的製程從尿素中的磷酸鈣所獲得。

 

顯影劑

顯影劑 (Contrast Medium)
國立臺灣師範大學化學研究所曾麗宇碩士生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

顯影劑是一種置入人體後,可使組織影像對比改變的物質。普通X光片無法清楚的看到胃、腸、膽道、泌尿系統、血管等,要把這些構造顯現出來,就可以使用顯影劑。然而顯影劑造成的a不良反應,卻是醫師及病患的一大夢魘。早在1920年代醫界便開始使用顯影劑,最早的顯影劑為無機碘的化合物(inorganic salts),由於毒性強、滲透壓大,注入體內容易引起反應,造成相當的危險。其後經過不斷的改善,發展出有機碘化合物 (organic compounds),降低了滲透壓及粘稠度,雖減少了一些不良反應,但還是不盡理想。到了1980年代,新一代的非離子 (non-ionic)顯影劑發展出來,大大提高了安全性,現在常用的顯影劑多屬於此類。

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