化學

熔點 (Melting Point)

熔點 (Melting Point)
國立台灣大學化學系陳光彥/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

固體的熔點是其從固態轉變成液態時的小範圍改變之溫度,一般約在1-2度間,固體和液體會在達到熔點時共存;反之,當液體從液態轉變成固態時的溫度稱為凝固點(freezing point)。熔點是純物質的物質特性之一。晶體又因類型不同而熔點也不同,一般來說晶體熔點從高到低為,原子晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體。

對大部分的物質來說,熔點等於凝固點,例如水銀的熔點及凝固點都是234.32K (-38.83℃) ;但有些物質,其固液態互相轉換的溫度並不相同。舉例來說洋菜(agar)的熔點為85℃,卻在31℃~40℃之間凝固成固體。

氧化數(Oxidation Number)和氧化態 (Oxidation State)(一)

氧化數(Oxidation Number)和氧化態 (Oxidation State)(一)
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

在氧化還原反應中,為了描述反應中電子數目的改變,化學上常使用氧化數或氧化態的概念,表示物質在反應中電子增加或減少的程度,就是賦予元素在不同的化合狀態中一個簡單數值,以表示其失得電子的狀況。失去電子者氧化數為正值,獲得電子者為負值。

氧化還原反應

氧化還原反應 (Redox Reaction)
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

拉瓦節 (Lavoisier)是最早提出氧化概念的化學家。在1777年出版的《燃燒概論》和1778年出版的《酸性概論》著作中,他正式闡釋了自己的氧化說。他認為燃燒是物質和空氣中的氧氣反應的結果,同時基於很多燃燒產物的水溶液具有酸性,他得出任何酸中都含有氧的錯誤結論。所以1779年他將空氣中幫助燃燒的一部分命名為oxygen(希臘語:形成酸的)即氧氣,另一部分命名為azote(希臘語:無生命的)即氮氣。

氧化還原之應用(Application of Oxidation and Reduction)(一)

氧化還原之應用(Application of Oxidation and Reduction)(一)
國立台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

我們生活在一個有氧的世界裡,氧氣(Oxygen,O2)不論是在生物體內還是在我們生活中,都扮演著最重要的氧化劑的角色。氧氣可以將金屬氧化,如鐵生鏽,形成氧化鐵;氧化伴隨著大量熱能的產生,如燃料的氧化燃燒用以溫暖室內環境並且推動汽機車引擎,甚至我們每天所需得能量也是氧氣”燃燒”我們所吃的食物所提供。另外,還原劑在生活中也扮演著重要的角色,例如食物中的抗氧化劑。家庭一般常用的氧化劑為過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2,圖一),一般低濃度3%的H2O2水溶液,主要用於殺菌及醫療用途,如處理較小的刀傷口。在血液中的酵素就會催化H2O2分解反應的進行(eq 1),加速氧的產生以幫助清潔傷口與殺死細菌。
2H2O2(aq)→H2O(l) + O2(g) (eq 1)

強氧化劑,過氧苯醯(benzoyl peroxide,圖一),常以5%和10%的濃度來處理粉刺和痤瘡。除此之外,它的抗菌作用,可當作皮膚的刺激物,促使老舊皮膚剝落而被新的取代,讓皮膚可煥然一新。

氧化劑 (Oxidizing Agents)

氧化劑 (Oxidizing Agents)
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

氧化是種常見的化學反應,譬如爆炸、化學合成、腐蝕反應都是氧化反應的種類之一;此外無論是金屬、非金屬與有機化合物等都可以進行氧化反應。例如,鐵氧化成氧化鐵(鐵銹,eq 1)、硫氧化成二氧化硫,有機烷類氧化就會形成二氧化碳和水(eq 2)等。4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 (eq 1) CH4+ 2O2 → CO2 + 2H2O (eq 2) 氧化反應中最重要的兩個主角就是「氧化劑」和「被氧化劑」,eq 1和eq 2中的Fe和CH4是被氧化劑,而氧化劑就是佔空氣20%的氧氣(最常見的氧化劑)。

一般常見氧化劑都有含有很多氧,譬如臭氧(O3)、次氯酸與其鹽類化合物(漂白水(NaOCl)、氯酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽以及類似的鹵素酸鹽化合物,還有硝酸、硝酸鉀(KNO3)、過錳酸鹽、過氧化氫(H2O2)及多倫試劑等。但是,有些氧化劑反而沒有氧元素的組成,例如,鹵素分子-氟、氯、溴、碘。 真正氧化劑的定義是:反應中若某一物質或元素的氧化數減少,則此反應物稱為氧化劑。而氧化劑的氧化數減少來自於「氧化劑」接受「被氧化劑」的電子,所以氧化劑又被稱為電子的接受者。

滲透(Osmosis)和半透膜(Semipermeable Membrane)

滲透(Osmosis)和半透膜(Semipermeable Membrane)
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

溶液(Solution)理論的發展開始於物質的溶解性與溶解度的測量,化學家真正對溶液的深入研究是從溶液某些性質的發現,如滲透壓(Osmotic pressure)。當一張半透膜(Semipermeable membrane)隔開溶液和純溶劑或兩種不同濃度的溶液時,由於兩端溶液濃度的差異,純溶劑或低濃度溶液端的溶劑會通過半透膜滲入至高濃度端,這一現象稱為滲透。高濃度端的液面開始上升,當液面升至某一高度就會停止上升,因為液面高度所增加的液壓差稱為滲透壓。

半透膜是一種只容許某種物質穿透具篩選作用的薄膜,生物組織如動物膀胱壁、腸衣或皮膚…等都是。

法國物理學家諾勒(Jean-Antoine Nollet,1700−1770)在1748年為了改進酒的製作過程實驗中,把酒精裝滿玻璃圓筒並將筒口以豬膀胱膜封住,當圓筒浸入水中後,膀胱膜向外膨脹最後撐破,顯示出水透過此膀胱膜進入筒內。雖然他最早觀察到滲透現象,但是並沒有提出滲透這個概念。

呋喃(Furan)

呋喃(Furan)
國立新莊高級中學化學科陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

呋喃是一種雜環有機化合物。通常由含纖維素固體如松木,或含五碳醣的物質經由熱分解製取。呋喃為無色、可燃,具高度揮發性的液體,其沸點31.3 ℃,接近室溫,有毒且可能有致癌性。呋喃經由鈀催化,可氫化產生四氫呋喃,為主要的有機溶劑。

溶液 (Solution)

溶液 (Solution)
國立台灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

說到溶液你會想到什麼,早上喝的牛奶、果汁,中午喝的玉米湯,實驗室裡的鹽酸或氫氧化鈉水溶液,還是家裡洗衣服用的漂白水。可是到底什麼是溶液?怎麼給溶液下個科學的定義。維基百科說「溶液是由兩種以上物質組成的均勻、穩定的分散體系,被分散的物質(溶質)以分子或更小的質點分散於另一物質(溶劑)中」;百度百科說「溶液是一種或幾種物質分散到另一種物質裡,形成的均一的、穩定的混合物,其中,溶質相當於分散質,溶劑相當於分散劑」;教科書上寫著「溶液是兩種或兩種以上的純物質組成的單相均勻混合物」。三種定義皆強調了兩個重點:第一、溶液是混合物;第二、物質均勻混合或分散在溶液中;但是還有一點必須強調的是此混合物是同相態(Homogeneous)固態、液態或氣態不拘,方可稱為溶液。因為溶液是混合物,所以溶液不像純物質有固定的沸點或熔點;也因為溶液中的溶質均勻分散,沒有懸浮物質或沉澱生成,溶液內任何部分的濃度與性質都相同,等於溶液的整體濃度與性質。

陶器(Pottery)

陶器(Pottery)
國立台灣師範大學化學系周煜翔碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

背景
陶器是將黏土形塑成一個必要形狀,並在窯裡做高溫加熱導致永久變動的反應,包括增加他們的壓力,使之硬化,確定他們的形狀。黏土有很寬鬆的局部變化程度讓陶藝家使用,且這通常幫助他們生產獨特的地區特性商品。將黏土和其它礦物混合以製作出特定目的的黏土主體也是常見的;例如:一個纖細多孔的黏土身在焙燒後,經常被使用為製造陶器或赤陶花罐。

在大多數塑造過程之前,黏土中的空氣需要被分離。這稱為排氣,可用真空黏土機器完成,或者用楔子手工完成。楔子也可以幫助保證黏土中能有均勻的濕氣含量。一旦黏土經過排氣或被楔牢,他就能被各種技術製造成各種形狀。塑造成各種形狀後,他會在焙燒之前先被烘乾。在烘乾過程中必須經過幾個階段:當黏土大約有75-85% 乾燥時,稱為「硬皮革」階段,裝飾和處理附加品也經常發生在「硬皮革」狀態。當黏土到達濕氣含量0%或者靠近0%時,就會被認為是「十分乾燥」。沒有經過焙燒的黏土經常被叫作是「greenware」。

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