化學原理啟迪19
1. 化學反應對我們的生活有深遠的影響。舉例來說,食物在人類的身體裡被轉換成能量;「氮」和「氫」結合成氨(阿摩尼亞),氨是農業上的肥料;燃料和塑膠從石油提煉而來;
2. 植物中的澱粉,是植物利用太陽能的能量,用「二氧化碳」和「水」結合而成;實驗室用細菌製造的胰島素;人類的癌細胞受到環境中某些化學物質的影響而引發……等等,多到不勝枚舉。
3. 研究學習化學的重點是,理解諸如以上各種現象的化學變化,這本書把研究化學反應當成首要之務。我們將會研究為什麼會發生化學反應?發生化學反應的速度有多快?物質透過哪些路徑來進行化學反應?
4. 在這個章節,我們的焦點放在,計算化學反應「消耗」與「產生」的物質的份量。這個研究領域稱為化學計算chemical stoichiometry。
5. 【原子量】最早有關原子量的化學計算資訊,來自於道耳頓、給呂薩克、拉瓦錫、亞佛加厥、坎尼札羅、伯利齊厄斯(Berzelius)。
6. 透過觀察元素們結合出來的各種化合物,十九世紀的化學家計算出「相對原子量relative atomic masses」。(透過互相比較而得到的原子質量)
7. 1961年制訂現代原子量系統,所有元素的原子量是以「碳12/ 12C」為標準。在這個系統,12C(碳12)的原子量,設定為精準的12 原子質量單位(amu),其他元素的原子量就以「碳」為標準來比較。
8. 目前,比較原子量最精確的方法是用質譜儀mass spectrometer。在這個儀器裡,我們要分析的「原子」或「分子」群,受到「高速電子束」的衝撞,使得「原子」或「分子」群身上的「電子」被碰撞出來,而變成帶「正電荷」的離子。
9. 然後,「外加的電場」,讓這些帶正電荷的離子移動速度加快,加速穿過一個磁場裝置,因為「磁場」的關係,離子的移動路徑偏斜了。
10. 每個離子的偏斜角度,取決於離子本身的質量,最重的離子偏斜的最少,越輕的離子偏斜得越多,因此,重量不一的離子們,一通過磁場,就彼此分離了。
11. 最後,離子碰撞到探測器板,探測器會非常精準地測量出每種離子的相對質量。
12. 舉例來說,當「12C碳」和「13C碳」放進質譜儀分析,它們的質量比是
13C/12C=1.0836129。
13. 因為所有元素都是以「12C的原子量是12 amu單位」為標準,所以,13C的原子量是:
13C原子量=(1.0836129)(12amu)=13.003355amu
14. 其他元素的原子量,也是用相似的方式計算。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)
徐弘毅:
1. 大自然一切物質的變化都是有法則的,可以用數學去理解。
2. 物質的世界,由三度空間中的空隙與質點所組成,原子就是空間中的質點。
3. 這個世界之所以有各種不同的物質,有可能是因為組成的原子數量不同、有可能是原子種類不同、有可能是原子彼此在空間中的排列順序不同。
4. 現在所見的物質世界,並不是靜止不動,而是長時間演化而來;演化的過程,就是化學變化。為什麼會發生化學反應?發生化學反應的速度有多快?物質透過哪些路徑來進行化學反應?
5. 要回答這些問題之前,首先必須確定物質世界的基本單位「原子」的性質,在原子的各種性質中,最先要確定的是原子的質量。
6. 質量,能證明肉眼看不到的原子,確實存在於這個世界,質量也是分辨不同原子的分類標準,質量是化學反應的重要力量來源。
7. 因為原子太小,不能用人類經驗裡的秤重儀器去測量質量,必需用邏輯思考和特殊的方法測量。
8. 首先,要選擇某一類原子,作為衡量一切元素質量的標準,化學家選擇「碳C12」。其次,要區分每一種原子質量,化學家用質譜儀,依據質量大小篩選原子。
9. 最後,把各種原子測量出來的質量大小,一一與標準原子「碳C12」比較,就確定所有元素的質量,建立有系統的元素符號表。
10. 每種元素的質量確立後,我們就可以計算化學反應「消耗」與「產生」的物質的份量,精確地應用、理解、控制化學反應。這個研究領域稱為化學計算chemical stoichiometry。
11. 《老子道德經》天地不仁,以萬物為芻狗;聖人不仁,以百姓為芻狗。大自然,是大公無私的,對萬物一視同仁的,所有的萬物,都像獻給上帝的禮物。一個英明的領導人,也是大公無私的,他把百姓訓練好、栽培好,獻給上帝。
12. 天地之間,其猶橐籥乎!在大自然,天地之間,就好像煉鋼的鼓風箱一樣,中間是空虛的,卻蘊含了許多的能量。
13. 虛而不屈,動而愈出。多言數窮,不如守中。人在世界上,生活要虛心學習,不自卑、不屈服;困難、挑戰愈大,就愈努力奮鬥;不斷地去探索一切的道理,反復地討論、應用。最後化繁為簡,歸納出清晰的理論體系。
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