2019國際元素週期表年(IYPT)： 門得列夫化學元素週期表 最具突破性的研究報告是哪一篇? 邱美虹 國立臺灣師範大學  科學教育研究所mhchiu@gapps.ntnu.edu.tw   n  前言 科學家進行研究時，是在不斷面對問題、不斷解題的過程中累積研究的能量與智慧，並在適當的時機下產生打破僵局的研究成果，使研究得以邁向另一個新的里程碑。然而科學家重大的研究成果，究竟應以同一主題下所發表的第一篇文章屬最具突破性呢?還是被引用的次數最多的呢?這是一個有趣且值得深入探討的問題。門得列夫找到元素的規律性而提出元素週期表的想法分別在1869年發表一本書，兩篇期刊論文、1871年發表兩篇和1872年發表一篇文章，本文即根據相關文獻對此作簡介，或許可以提供讀者對門得列夫的貢獻和科學成果的價值有進一步的認識。  n  化學突破獎的由來 2006年美國化學會(American Chemical Society, 簡稱ACS)化學史組 (Division of the History of Chemistry, HIST)首次設立化學突破引用獎[Citation for Chemical Breakthrough (CCB)Award]。該獎項旨在肯定ACS所有科學出版品中具突破性的論文、書籍、和專利。當年第一屆有一本書、三個專利、六篇論文獲獎。自2006年到2018年已頒發68個具突破性的科學成果獎項，其中最早的一篇是1787年由法國化學家德•莫法與拉瓦錫等人共同發表的文章(de Morveau, Lavoisier, Berthollet, & de Fourcroy, 1787)，該篇文章在2015年獲得肯定。有關這方面的資料可以在HIST的官網找到(如註一所示)。 所謂「突破性」文章就是指在化學上提出革命性的概念，拓展了化學領域的廣度以及有長期的影響力。獎項委員會的篩選過程其實很簡單，就是評審委員給從推薦名單中根據優先次序分別給予10, 9, 8依序下去，得分最高的就是該年度獲獎的作品，在這些獎項中最具挑戰性的就屬論文獎，每年獲獎個數取決於因子間投票的分布情形(Seeman, 2013)。一般而言，都是以特定主題下第一篇發表的論文為主，但也未必，因為還要考慮哪篇文章才對該科學社群比較重要、哪篇文章造成轟動、或是哪篇文章被注意到且造成後續的影響?若是如此，那獎項委員會就需要有專業知識而不是只懂化學史的人來擔任評審委員(Seeman, 2013)。 n  門得列夫的週期表 2012年ACS的HIST將化學突破引用獎頒給蘇俄的聖彼得堡大學，以表揚門得列夫的貢獻。門得列夫在1869年-1872年之間共發表有關週期表的教科書一本和五篇文章，如表一所示，本文是以當年擔任HIST主席的Lewis(2014)一文為主要討論的內容，再佐以其他相關文獻的評析(註2)。 表一   門得列夫在1869-1872年之間依序所發表的重要文章 排序 年 發表的書名或期刊 語言 重點內容 1 1869a Osnovy Khimi (Elements of […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：中文和日文在元素與化學名詞翻譯上的異同 林震煌 國立台灣師範大學化學系 chenglin@ntnu.edu.tw n   前言 化學的歷史可以追溯到數千年前中國的鍊金術；chemistry一詞源自於古希臘語，意指金屬的融解與提煉。鍊金術經阿拉伯人在11世紀時引入歐洲，雖然讓當時的歐洲人迷戀於點石成金之術，但是因為一些不相干的宗教理由和迷信，加上當時所使用的種種符號混淆不清等原因，使得科學的發展，在鍊金術時代(4-14世紀)並無長足進步。1789年法國化學家拉瓦節(Antoine-Laurent de Lavoisier, 1743-1794)出版了一本「化學命名法」的書，闡述了物質間重量關係的重要性。這是首次把化學專用術語系統化的書籍。1810年道耳吞提出原子量的觀念，這使得當時一大堆文獻裏的化學分析數據、化學式的解釋，突然變得合情合理。1869年俄國人門得列夫(Дми́трийИва́новичМенделе́ев, 1834-1907)發表了最早期的週期表，至今150年。1869年是清朝同治八年，在日本則是明治元年。           1.      中國傳到日本的元素名稱 中國跟世界各古文明國家一樣，自古就已知金銀銅鐵錫鉛汞七大金屬，還有非金屬類的碳及硫磺等這些元素。這些元素的漢字傳到日本以後，也幾乎一直沿用至今。表1列舉了一些中國輸出到日本的元素名稱。其中，錫這個字也是從中國傳到日本沿用至今。人類使用錫的歷史大概從六千多前開始，在地中海諸國、印度等地也很早就開始使用錫。但是錫這個字在日本不是常用漢字，現在一般都使用片假名「スズ」來表示，因為這樣比較好唸。鉛很容易從礦石中提煉出來，印度和中國在紀元前一千年左右才開始使用，歐洲人使用鉛的歷史則晚到紀元前六世紀才有記載。直到中世紀有一段很長的期間，人類對鉛與錫是兩者不分的。日本至今仍然沿用「鉛」這個漢字。古代的中國與印度都知道使用水銀，埃及的古墓中可以發現紀元前一千年左右的水銀。日文中的「水銀」一詞也是由中國傳入沿用至今。但是中文基於一個元素對應一個字的原則，在週期表上用了「汞」這個字。  表1中國輸出到日本的元素名稱 中文 金 銀 銅 鐵 錫 鉛 汞 碳 硫 日文(古) 金 銀 銅 鉄 錫 鉛 水銀(汞) 碳 硫黄 日文(今) 金 銀 銅 鉄 スズ 鉛 水銀　 炭素 硫黄 漢字從中國傳到日本以後，影響日本文化非常深遠。但是明治維新時期，中國由盛轉衰，加上漢字無法表達許多西方的新奇事物，因此日本人自然而然轉向使用片假名。片假名是日語中「表音符號」的一種，1908年章太炎曾經模仿片假名，以「簡化偏旁」的方法，利用漢字小篆的結構，創造一套記音字母，就是今天ㄅㄆㄇㄈ注音符號的前身。只是片假名在日本已經是生活的一部份了，但是注音符號還停留在學習中文的過渡階段才使用。 明治維新時期，週期表傳到日本以後，日本人將歐洲的語言，藉由漢字來表達成週期表的各個元素。表2 列舉了一些受到漢字的影響而被日本人造出來的新詞沿用至今，包括水素（水的主要元素：氫）、酸素（導致變酸的元素：氧）、窒素（會導致窒息的元素）。 表2 和製漢語中的氫氧氮 中文 氫 氧 氮 日文 […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：鉻不叫Chromium，也是五彩繽紛！ ­元素名稱字源趣談 李祐慈 國立臺灣師範大學化學系 eliseytli@gmail.com 　　對化學家來說，Chromium不只是Google瀏覽器的名稱，更是鉻元素最貼切的名字。鉻化合物有多種顏色，其礦石常用於油畫等顏料。1797年，藥劑師兼化學家沃克蘭（Nicholas Louis Vauquelin ）分離出鉻（Cr, chromium）元素時，就以希臘文中表示顏色、顏料的字根chrome，加上金屬元素常見的字尾-ium命名。和英文當中的chroma（彩度）、polychrome（多彩，指印刷等）、chromatography（色層分析法），chromosome（染色體）等，是同樣的字根來源。 　　週期表上的元素按原子序排序，秩序井然。但名稱卻五花八門，饒有趣味。2017年，IUPAC正式頒佈了週期表第七列上第113號鉨（Nh，nihomium）、115鏌（Mc，moscovium）、117（Ts，tennessine）和118（Og，oganesson）號元素的符號與命名。這對化學家來說，就像是每個元素都被賦予了獨特的性格和歷史，從此以後再也不用面對冷冰冰又念不出來的Uup、Uuo等符號了[1]！細究各元素名稱由來，正是一部化學發展史的微小縮影，值得我們細細玩味！ n   氫生水、氧生酸、氮生硝 　　傳統的週期表形式，將元素按照原子序排列，而名稱則隱含了個別元素的化學性質。許多元素的名稱來自於其化學特性或化學反應（參照表一）。如與人類生存最息息相關的氣體元素：氫（H, hydrogen）、氧（O, oxygen）和氮（N, nitrogen），名稱分別來自於希臘字根的hydro（水）、oxys（酸）、nitron（或nitre，硝石，指硝酸鉀）與gen（產生、創造）字根結合，名稱中即說明了它們具代表性的化學反應或化合物。又如鹵素（halogen）可與金屬生成鹽類，名稱源於希臘字根hals（鹽）與gen（產生、創造），「鹵」正是中文對鹽類的古稱。 　　hydro（水）加上dynamis（力量），就成為hydrodynamics（流體力學）。既oxys（尖酸）又moros（愚蠢）的描述，叫做oxymoron（矛盾修飾法）。而化學家研究物質的生滅，也在探索生命的根源，就如同人類以科學的角度，研究gene（基因）和genetics（遺傳學），或是以神學的角度，寫下Genesis（舊約創世紀）。 n   氟會流、氯很綠、溴好臭 有特殊顏色、氣味，或其他物理性質的元素，也常得到相對應的名稱。氟（F, fluorine）的名稱源於拉丁字根fluere（流動），與fluid（液體）、fluent（流利）這些常見字彙同源。據說是因為從前冶金常以螢石（fluorite, CaF2）作為助熔劑（flux）。氯（Cl, chlorine）就如中文名稱所暗示的，來自於希臘字根khloros（綠色），當然和chlorophyll（葉綠素）、chloroplast（葉綠體）一樣，都是綠色的！溴（Br, bromine）的蒸氣相當刺鼻，是讓人難以忍受的bromos（希臘字根：惡臭），真是名符其實的「臭水」了。  n   多采多姿的週期表 週期表中，有不少元素是以顏色命名（參見表二）。但本身具有顏色的元素其實不多。除了氯（Cl, chlorine）、碘（I, iodine）理所當然的得到相對應的名稱，最幸運的大概就是鋯（Zr, zirconium）了。在眾多銀白閃亮的金屬元素中，只有鋯和鋯石（zicron）得到了來自阿拉伯字根zargun（金色）的「金光閃閃」的名字。 莎士比亞說過，玫瑰不叫玫瑰，還是一樣芬芳，但玫瑰如果不叫rose，銠（Rh, rhodium）也不叫rhodium啦！銠的一種氯化物會呈現美麗的玫瑰紅色，因此以希臘字根rhodon（玫瑰）命名。 有些元素的名稱來源，不是因為元素本身或是化合物的顏色，而是原子光譜中的代表譜線。如銫（Cs, cesium）、銦（In, indium）、銣（Rb, rubidium）、光譜中會出現強烈的caesius（天藍色）、indicum （靛藍色）、rubidus（深紅色）特徵譜線，當然可讓人連結到indigo（靛藍）、ruby（紅寶石）等常用字了。而銫元素以字源來說，甚至可能牽連到Caesar（凱撒）、德國的Kaiser（君王），和俄國的Tsar（沙皇）呢！  n   眾神的國度 　　許多元素的化合物，特別是過度金屬的錯合物，具有五彩繽紛的顏色。例如銥（Ir, iridium）的名稱得自拉丁字根iris（彩虹）。Iris也是希臘的虹彩女神，或可指眼睛的虹膜，而銥的鹽類具有多種顏色，真是iridescent（色彩斑斕的）無誤。 　　虹彩女神並不孤單，週期表中還有不少元素是以神話中的人物命名（參見表三）。鉭（Ta, Tantalum）和 同族的鈮（Nb, Niobium）性質相似，在礦物中經常共生，好比「有其父必有其女」的坦塔洛斯（Tantalus）和尼俄比（Niobe）。希臘神話中，塔坦洛斯和尼俄比都因過於驕傲，觸怒眾神，受到嚴厲處罰。塔坦洛斯被處罰終生站在河中，卻喝不到水；眼前果樹結實累累，卻吃不到果實。如此tantalizing（誘人），有如近在咫尺，卻又遠在天邊的煎熬，正是當初分離鉭元素過程的寫照，故以此命名。 鉕（Pm, Promethium）是鑭系中唯一的放射元素。放射性元素隱藏了無比威力，取決於人類是否有足夠的智慧駕馭與正確的使用，就如勇敢盜火的普羅米修斯（Prometheus）送給人類的禮物。北歐的神祇也不甘寂寞，釩（V, Vanadium）與釷（Th, Thorium），名稱分別來自北歐神話的愛神凡納迪斯（Vanadis）和雷神索爾（Thor），都是由瑞典化學家所命名。  n   古老的元素 　　化學家熱愛規則與形式，當早期化學家為新發現的元素命名時，即已努力將其系統化。週期表中最明顯的系統，就是字尾規則，例如金屬（-ium）、鹵素（-ine）、非金屬（-on）等（見圖一）。 但週期表中，有 17個元素名稱沒有任何可分辨的字尾形式。這17個元素是在1784年就已發現並命名的錳（Mn, manganese）、鐵（Fe, […]

2019國際元素週期表年(IYPT)： 煉金術經濟學──從商業活動來看現代化學的誕生 蔡文潔1、戴桓青2  福建農林大學傳媒系／實踐大學管理學院創意產業博士班1 國立台灣大學化學系2* hctai@ntu.edu.tw2 中世紀歐洲的煉金術，其實就是現代化學的前身。在16-17世紀，鍊金術逐漸催生出現代化學。可惜的是，鍊金術在數百年來長期被污名化，連帶煉金術士這類化學從業人員也被誤解。假如我們從商業活動的角度去還原煉金術士的職業性質，會發現他們其實主要是藥劑師與藥房主人，是當時有限科技水平下的實業家，不只是江湖術士。從這樣的觀點出發，我們才能客觀地了解鍊金術的價值與成就。 　　化學的起源，來自於古代文明對於物質本質的思考。古代中國人認為有金木水火土五類元素。古代希臘人則認為土、空氣、水與火是基本元素。到了十六世紀，瑞士人帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus, 1493–1541)認為，基本的元素有三類：硫、汞與鹽。物質的本質到底是什麼，一直都是科學與自然哲學中最基本的核心問題。 　　人類所接觸到的第一個元素，應該是碳。自從人類在一百萬年前懂得用火之後，就有能力焚燒木材製造木炭。木炭的燃燒溫度遠高於木材，達到攝氏1100度，因此有助於各項冶金技術，也造就了煉金術的開端。而人類用化學方法所製造出的第一個元素則是磷。在1669年，德國煉金術士亨尼格·布蘭德(Hennig Brand)利用曲頸玻璃瓶將尿液加熱濃縮，最後竟然得到了白磷。白磷接觸氧氣會發出微弱的冷光，也很容易自燃。如此神秘的元素竟然來自動物體液，開啟了人類研究生物體的化學組成的興趣。當化學實驗技術進步到足以發現新元素的時候，也是注重實證主義的現代化學觀念開始發展之際。 　　一般認為，現代化學起源於英國人勞勃•波以耳(Robert Boyle, 1627-1691)所出版的《懷疑的化學家》(The Sceptical Chymist, 1661)。他所質疑的是中世紀化學那些偏向神祕主義的理論、隱晦的密碼符號與缺乏重現性的秘方。波以耳提倡的是可重現的實驗方法與邏輯辯論(Sutton, 2011)。在那之前的古代化學，被稱為alchemy，中文翻譯為「煉金術」。從十七世紀開始，煉金術漸漸過渡到現代化學，到了十九世紀初，英國人道耳頓所提出的原子說與測得的原子量被科學界接受之後，現代化學正式開展，煉金術也就消失無蹤了。 　　對於今日的科學家來說，alchemy代表一種神祕、過時、錯誤的歷史遺跡，被視為一個”dirty word”。但筆者認為，不論是alchemy還是煉金術，這些名詞本身都長期被科學家與大眾誤解。 　　英文的alchemy（中古拉丁文的alkymia）來自於阿拉伯文al-kimiya，其中”al-“是定冠詞，例如”al jazera”代表”the island”。阿拉伯文kimiya來自希臘文khemia，是冶煉金屬的技術，也是化學的代名詞。英文chemist的字源也是中古拉丁文的alchimista。因此alchemy與chemistry的字源是完全一致的，都是古希臘的化學。用alchemy來貶低十七世紀以前的古代化學，卻用chemistry來表揚波以耳乃至道耳頓以後的近代化學，這種二分法本身就是不科學也不符合歷史的。其實alchemy就是化學，而且中世紀化學家的許多貢獻是不可抹滅的，其觀念就算不正確也有部份是有趣的。 　　中世紀歐洲煉金術最為人詬病的地方，就是在尋找賢者之石(philosopher’s stone)，而提煉賢者之石的密方又用隱晦的密碼編寫，無人能懂也無人複製成功。傳說中的賢者之石，可以將便宜的金屬變成貴重金屬，也可以變出治百病抗老化的神藥。賢者之石固然不存在，但今日的科學家不也試圖將便宜的石墨轉換為高價值的鑽石、碳六十（1996年諾貝爾獎）與石墨烯（2010年諾貝爾獎），並且不斷地提出尋找抗老化藥物的研究計畫（儘管從未有成功案例）？在中世紀不了解化學基本原理的情況下，化學家就已經知道化學知識的應用層面在於材料科學與藥物開發。化學的原理在十七世紀到二十世紀，有了爆炸性的發展，但是二十一世紀的化學逐漸在基本原理上難以取得太多突破，於是化學界重新將研究重點放在材料科學與生物醫藥的應用，不是又回到了歷史的原點？這也證明古代化學家的真知灼見。 　　在煉金術的觀點中，最純粹的金屬是黃金，而其他的金屬都是黃金摻雜了各種雜質所形成的。只要經過適當的純化，縱使步驟複雜，最後都可以回收部分的黃金。以現代的化學元素觀點當然知道這是錯誤的。但是大部分的金屬在自然界也不以元素態存在，需要純化才能獲得，因此純化的邏輯觀念本身並沒有錯。而且阿拉伯的煉金術士也在十三世紀發明了能溶解黃金的王水，至今仍被應用於極高純度黃金的純化。 　　事實上，帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus)早在16世紀初，已經提出人體的本質是一種化學系統。他認為煉金術的真正目的並非冶煉黃金，而是要製造有益人體健康的醫藥品。他認為藥物皆有毒，重點是劑量，因此被視為藥物化學與毒理學之父。當時具備化學專業的人士(alchemist)，較少在從事冶金工作，更多是藥劑師（pharmacist或druggist，也常被稱為apothecary）。若要真正了解煉金術的本質，我們必須了解藥劑師(apothecary)這個職業在做什麼。可惜的是，很少科學史著作對於藥劑師(apothecary)的職業本質與商業經營有充分的描述，使得大眾對於這些古代的化學從業人員產生了錯誤印象。 　　Alchemy這個字被汙名化，可以從牛頓(1642-1736)的經歷看出。牛頓曾在劍橋大學擔任盧卡遜(Lucasian)講座(1669-1696)，講授數學與物理，但是也私下研究煉金術，希望能用粒子碰撞的力學來解釋化學反應。之後他遷居倫敦，利用化學專業擔任真正與冶金技術有關的皇家造幣廠的管理人與局長職位(1696-1727)。由此看來，牛頓從事化學專業的時間比物理教授還久，但是卻鮮少人提起牛頓也是化學家，可見煉金術被汙名化的嚴重程度。事實上，牛頓在皇家造幣局提交了非常重要的化學檢驗報告，揭露了各國金幣的實際黃金純度（如圖一），免得英國商人與外國交易時被蒙騙，是了解十八世紀國際貨幣價值的權威文獻(Newman, 1975; Newton 1896)。此外，他還偽裝成顧客，到酒吧裡去蒐集黑市流通的偽幣證據，親自起訴鑄造偽幣的人，樂於扮演化學柯南偵探。　 圖一、牛頓對於各國金幣所提出的檢驗報告 (Newton, 1896)（由Google Books數位化） 　　如果回到十六與十七世紀，一個非學院派、以藥劑師為業的化學家，到底平日如何謀生呢？而筆者為何又會在科研項目裡接觸這個問題呢？這都要從義大利的巴洛克名琴說起（見圖二）。 圖二、左為阿馬悌(Andrea Amati)1570年小提琴，右為史特拉底瓦里(Antonio Stradivari) 1722年小提琴（圖片來源：奇美博物館）。 　　如果說有那一項東西，是幾百年前的古代人做得比現在好，而現代人還得每天使用古董來發揮實用效果，做不出更好的替代品，那肯定就是義大利的古董小提琴了。三百年前在義大利克里蒙納(Cremona)小鎮，住了兩位天才製琴師：安東尼奧•史特拉底瓦里(Antonio Stradivari, 1644-1737)與耶穌•瓜奈里(Giuseppe Guarneri “del Gesù”, 1698-1744)。時至今日，大部分的世界頂尖的小提琴家仍每天使用這兩位老大師的名琴來練習與演奏，生怕失去手中的名琴就失去自己的藝術靈魂，無法在現代提琴中找到替代品。 　　史特拉底瓦里小提琴的塗漆美麗得無與倫比，音色又甜美明亮，三百年來無人能複製。他到底有什麼秘密，在歐美已經辯論了兩百多年，是文化史上一大謎團。美國德州農工大學的Joseph Nagyvary教授首先提出，史特拉底瓦里的塗漆與木材，都藏有化學秘密，是與當地的藥劑師合作的結果(Nagyvary 1978)。那麼，克里蒙納小鎮上的藥劑師（煉金術士兼化學家），又是怎樣的一種職業？ 　　　Apothecary這個字，源自於希臘文的apothēkē，原意是顧店的人，通常指的是藥房與藥房的主人。想要了解藥房的生意，首先需做市場調查。在臺灣與日本的城市裡，滿街可見便利商店，其密度是每兩千居民有一家。在十六世紀下半葉，克里蒙納的居民是四萬，卻有三十七家藥房（義大利文speziali），比便利商店的密度還高，可見生意很好。藥房的老闆，主要是具備化學知識的藥劑師。Apothecary賣的不只是藥物，還有化妝品、香料、油漆、顏料、糖果等等加工製品。於是醫師在裡面給人看病當場抓藥，理髮師也在裡面攬客理髮做美容，畫家要選顏料，工人要找油漆，小孩要買糖果，全都聚在店裡，連街頭巷尾的八卦議論也少不了，自然是生意興隆。這樣的商業模式不只有零售（見圖三），還兼批發與製造，有自己的倉庫與工作坊（見圖四）。 圖三(左)、1500年左右的歐洲藥房(An apothecary’s shop, Castello […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：同位素之簡介及應用 廖文昌1、連經憶2* 1長庚科技大學謢理系 2國立嘉義大學應用化學系 2kelly@mail.ncyu.edu.tw   「化學」是研究物質變化的一門科學，追根究底，所有對人類有重要貢獻的物質都是由原子所構成的，相同或不同原子間的結合，創造了成千上萬數不完的化合物，原子的組成十分單純，都有質子、中子、及電子，但因電子的數目及排列方式不同，造就了週期表上118種元素，這個數目不代表核種(nuclide)的數量僅有118種，核種是質子及中子的組合1，總數可達7000種，約有3000是已知的核種，包含常見且對人類生活有重要影響的同位素(isotope)。同位素是什麼？當提及同位素時很多人都會立即刻聯想到「放射性」，同位素真的都具有放射性嗎？答案是否定的，同位素指的是具有相同質子數、但中子數不同的核種，換言之，同位素是相同的元素，只是原子的質量不同，例如大家較為熟悉的「碳」元素，包含了碳12 (12C)、碳13 (13C)、及碳14(14C)三種同位素(圖一)，三者皆有6個質子，但中子的數目分別為6、7、及8個，其中只有14C具放射性，被稱為放射性同位素(Radioisotope)，12C及13C不具放射性，被稱為穩定性同位素(Stable Isotope)。 圖一、碳12 (12C)、碳13 (23C)、及碳14(14C)三種同位素示意圖。   一、同位素之發現         同位素出現的歷史要從具放射性物質說起，第一個被發現的同位素是具有放射性的。1896年貝克勒(Antoine Henri Becquerel)將鈾鹽放在用厚紙蓋住的照相底板上而發現了源自於238U的放射線1。在當時的年代，科學家還不了解其中的原委，就已經利用放射線的型式及能量來區分不同的物質，因而發現了許多的「放射性元素(Radioactive-element)」，也就是現在所知同位素的前身。雖然當時發現了許多同位素，如氡、釙、鉛等，但直到1913年，索迪(Frederick Soddy)終於了解「有些物質具有相同的性質，不同的原子量」2，同年12月索迪提出了「isotope(同位素)」這個名詞，這個名詞是源自於希臘字「iso」及「tope」，「iso」是相同的意思，「tope」是地方，同位素在週期表上是在相同的位置。         1913年當湯姆森(Joseph John Thomson)在研究氖(Neon)時發現，同一種元素可能有二種不同質量的原子，20Ne及22Ne。湯姆森使用放電管(Electric Discharge Tube)讓氖氣離子化，當通過電場及磁場時，這些離子會受質量及速度影響而偏離了原來的路徑，最後在照相底板形成抛物線，有相同質量及電核的離子形成相同的抛物線，因此照相底板可以看出對應20Ne及22Ne的二條亮帶(圖二)，這是第一個發現穩定性同位素的例子，但發現氖有二種同位素的功勞最終給了湯姆森的助理–阿斯頓(Francis Aston)。二人一同進行實驗，湯姆森並未聯想到索迪提出的同位素概念，將22Ne誤認為H2Ne，阿斯頓分析純度非常高的氣體，證實了20Ne及22Ne的存在。雖然如此，湯姆森利用質量區分同位素的做法為日後分析穩定性同位素時所用的儀器–質譜儀(Mass Spectrometer)立下了基礎，在1917到1939年間，德姆斯(Arthur Jeffrey Dempster)及阿斯頓利用質量攝譜儀(Mass Spectrograph)發現了許多穩定的同位素。(表一)   圖二、湯姆森實驗結果照片(截取自維基百科)3，下方圈起來的地方可以看到對應20Ne及22Ne之亮帶。  表一、阿斯頓及德姆斯在1917 ~ 1939間利用質量攝譜儀發現的穩定性同位素1。 阿斯頓發現的同位素(1917 ~ 1939) 德姆斯發現的同位素(1919 ~ 1924) 1H, 16O, 23N, 39K; 24Mg, 25Mg, 26Mg; 40Ca, 44Ca, 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn […]

2019國際元素週期表年（IYPT）：現代藝術家與門得列夫的時空交會 楊水平 國立彰化師範大學化學系yangsp@cc.ncue.edu.tw 1869年3月6日，門得列夫向俄羅斯化學學會正式發表題為〝元素原子重量性質之間的依賴性〞的文章之後，化學開啟嶄新的一頁。回顧化學150年的進展，門得列夫的元素週期表對化學推進的貢獻非常甚大，對科學的發展影響極為深遠，可謂一日千里。除了化學和科學之外，本文試圖描述現代藝術家與門得列夫的時空交會，包括版畫、繪畫、視覺藝術、音樂與元素週期表的相遇，這些相遇會擦出什麼樣的火花？欲知詳情，請看下去。 n  門得列夫與元素週期表 德米特里·伊萬諾維奇·門得列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834-1907）是俄羅斯化學家和發明家。他創造一個有遠見的元素週期表（Periodic Table of Elements），用來糾正一些已經被發現元素的性質，並預測尚未被發現八元素的性質。[1] 圖一為門得列夫的肖像（Ilya Repin繪畫）和紀念門得列夫和週期表的雕刻（位於Bratislava, Slovakia）。   圖一：門得列夫的肖像（左）；紀念門得列夫和週期表的雕刻（右） （圖片來源：Dmitri Mendeleev, https://goo.gl/EVbA2B, Dmitri Mendeleev, https://goo.gl/yVnRuV.） 在1863年，已知的化學元素有56個，每年大約發現一個新元素。在門得列夫之前，其他科學家已經確定元素的週期性。John Newlands描述八度定律（Law of Octaves），1864年他指出根據相對原子量，元素的排序有週期性的運作，並於1865年出版。他的提議確定新元素的潛力，例如：鍺（germanium, Ge）。這個概念當時受到批評，直到1887年他的創見才得到化學家學會的認可。另一個提出週期表的人是Lothar Meyer，他在1864年發表一篇論文，描述按其化合物價數，可分類28個元素，但沒有預測新元素。[1] 在1867年，門得列夫成為一名教師後撰寫當時權威的教科書：化學原理（Principles of Chemistry）（兩冊，1868-1870），因為他正在為他的課程準備一本教科書，這是他最重要的發現。當他試圖根據化學性質對元素進行分類時，他發現並假設他的週期表的模式（縱向三元素 × 橫向三元素）；他宣稱他已經設想在夢中元素的完整安排。藉由他設想的模式進而添加其他元素，門得列夫開發他的週期表的擴展版本。在1869年3月6日，他向俄羅斯化學學會正式發表題為〝元素原子重量性質之間的依賴性〞的文章，該文章描述元素原子量與價數之間的關聯。這關聯性的發現，創建一個有系統的元素週期表，也發展出現今科學界皆知具有高預測性的元素週期表。圖二是門得列夫的1871年週期表。[1] 圖二：門得列夫的1871年週期表 （圖片來源：Dmitri Mendeleev, https://en.wikipedia.org/wiki/Dmitri_Mendeleev.） n  藝術與藝術家 藝術（Arts）是指在人類社會和文化中發現有創造力的理論和表現。藝術的主要成分涵蓋：文學（literature）包括詩歌、散文及戲曲；表演藝術（performing arts）包括音樂、舞蹈及戲劇；而視覺藝術（visual arts）包括圖畫、繪畫、攝影、陶瓷、雕刻及建築。[2] 美國國會在國家基金會裡的藝術與人文法案中，藝術被定義為包含不限於音樂（器樂和聲樂）、舞蹈、戲劇、民間藝術、創意寫作、建築及其相關領域、繪畫、雕塑、攝影、平面和工藝、工業設計、服裝和時裝設計、電影、電視、廣播、電影、錄影、錄音，以及這些主要藝術形式的演示、表演、執行及展覽有關的藝術。[3] 藝術是創造視覺、聽覺或表演藝術品的人類活動，表達作者的想像力或技術和技能，以其美感或情感的力量為鑑賞。這些活動最普遍的形式包括藝術作品的製作、藝術的批評、藝術史的研究、以及藝術的審美傳播。[4] 藝術家是從事與藝術創作、實踐或示範活動的人。日常言語和學術話語中的常見用法僅是視覺藝術中的實踐者。藝術家這個詞也用於定性意義上，一個創造性、創新性或擅長藝術實踐的人。大多數情況下，藝術家這個術語描述在美術或〝高級文化〞（high culture）背景下創作的人，包括繪畫、繪畫、雕塑、表演、舞蹈，寫作、電影製作、新媒體、攝影和音樂等活動。創造可能被認為具有審美價值的作品的想像力、才能或技巧。[5] n  版畫與元素週期表的相遇 此處介紹：(一) 2011年在美國費城的版畫展示、和(二) 2011年在澳大利亞的版畫展示。 一、  2011年在美國費城的版畫展示 […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：化學學習與元素週期表   周金城 臺北教育大學自然科學教育學系 ccchou62@gmail.com n   前言 元素週期表一直是化學學習的核心內容之一，它呈現了一種自然界化學反應的規律性模型。本文的目的在分析化學教育相關文獻中有關週期表相關文獻之內容分析與整理，了解化學教育工作者以何種角度來研究週期表。元素週期表的內容背誦記憶是必須的，但是教師可以透過更多有趣的活動來幫助學生學習週期表(Franco-Mariscal, 2014)。   n   元素週期表教學的相關研究簡介(或評介) 為了瞭解元素週期表的相關教學設計與研究，作者利用臺灣大學的web of science資料庫，透過關鍵字” periodic table”進行檢索，再將和元素週期表有關的教學活動簡單整理如下，有興趣的讀者可以再進一步進行文章閱讀。 最常見的是使用桌牌遊戲的方式設計週期表學習活動(Bayir, 2014; Franco-Mariscal, Oliva-Martinez, Blanco-Lopez, & Espana-Ramos, 2016; Franco-Mariscal, Oliva-Martinez, & Gil, 2015; Kavak, 2012; Marti-Centelles & Rubio-Magnieto, 2014; Moreno, Hincapie, & Alzate, 2014)。將化學反應拍攝呈線上影片，讓學生學習週期表中的元素反應(Moore, 2009)；使用故事情境的方式，來教導九年級學生周期表(Demircioglu, Demircioglu, & Calik, 2009)；設計可使用QR-code的撲克牌，使用行動裝置來學習週期表(Bonifacio, 2012)。 也有使用電腦設計探索式解謎遊戲，幫助大學生來學習週期表的概念(Larson, Long, & Briggs, 2012)；讓小學生透過動手製作模型的方式，來學習元素的週期性(Selco, Bruno, & Chan, […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：讓藝術腦撈過界～跨腦學週期表 吉佛慈 國立臺灣師範大學附屬高級中學focusjyi@gmail.com n  前言 中學生對化學的愛恨情仇，往往起因於要記誦的內容太多，造成認知負荷過重。所謂「聽了就忘記，看了知道一點點，做了才完全了解」，雖強調「做中學」的重要性，卻也不全然正確。因著學習者的學習類型不同，有的人聽了就完全了解，也有的人看了就完全了解。 掌管人類邏輯思維的左腦(認知腦)，對化學知識與技能層面的學習承擔著重要責任；而主管藝術與創造的右腦(藝術腦)，則對圖像與音樂等情意層面的學習與陶冶扮演著重要地位。教得愈久，身為老師的我就愈想在教學中尋找樂趣，尋求改變，替化學難以背誦的污名坂回一成，也替化學課室氣氛增添一點非化學的藝術元素，可能是一段故事情節、一抹圖像色彩，或是一節律動音樂，以嘗試跨腦教與學的可能性。 以下將分享有關週期表及沉澱表教學中涉及藝術腦層面的教學活動，介紹一本內容豐富精采的週期表課外書，以及分享學生對週期表元素的創意表現。 n  週期表十六變 對學生而言，週期表(Periodic Table)顧名思義應是一種具有某種規律性的表格。但是多數學生與週期表的第一次接觸卻是在不明白任何規律性之下，單單藉由多次複誦強記下來，就像小時候背誦三字經與千字文一樣。 曾經在澳洲雪梨大學的化學系館佈告欄中，看到一張佈滿著16個週期表的海報(圖一)，乍看之下就像是一隻隻變形蟲，吸引我駐足停留。在後來的教學中，我將之取名為「週期表十六變」。此16張週期表代表著元素的16種性質，包含原子半徑、共價半徑、固體密度、莫耳體積、宇宙大氣含量、地殼含量、導電性、導熱性、第一游離能、電負度、電子親和力、沸點、熔點、汽化熱、熔化熱、液態溫度範圍等。以代表地殼含量的性質為例，週期表圖片就像是一隻爬行於地面上的變形蝸牛，可以明顯看出除了氧、矽、鋁、鐵、鈣、鎂、鈉、鉀元素之外，其他元素幾乎弱化縮減成為一個點或連為一條線(圖二)；若改以沸點高低的性質為例，則多數元素都佔有一定的勢力範圍，其中以金屬鎢和非金屬碳(鑽石)所佔據區域較大，而第18族的惰性氣體則弱化為形似變形蟲的尾巴或觸鬚。(圖三)     圖一：16個週期表的海報   圖二：變形蟲1-地殼含量        圖三：變形蟲2-沸點     在教學時，建議可將16種元素性質名稱與放大裁切後的16隻變形蟲製成32張圖卡。先以2-3人為一組，每組抽出一張圖卡並依據變形蟲上各元素的面積大小進行對應之元素性質預測；接著由各組上網蒐集此性質的各元素資料並進行資料紀錄與整理；各組再依據所蒐集的資料規律性，將其與變形蟲圖卡的規律性進行比較，並加以判斷是否相符；兩兩一組進行結盟，以代表地殼含量的變形蟲為例，先分享彼此抽到的變形蟲形狀(變形蝸牛)、性質預測(地殼含量)、資料佐證(地殼含量元素表)與性質確認(核對預測性質與佐證資料查詢結果是否相同)。接著互換彼此的變形蟲卡片與佐證數據，找不同組進行結盟。建議可以比賽找出在規定時間內與最多組結盟，並獲得最多變形蟲與元素性質的配對關係的組別，予以加分或表揚，並於課後收回學習單作為多元評量成績之一。 n週期表口訣之故事與圖像 中文字具有單音節的特性，用中文讀出週期表元素遠比用英文讀的音節數少得許多，也容易的多。由於歷年學測範圍多以原子序前20個元素為主，且社會組學生大多無法依照原子序1到20的順序，流利的說出20個元素。因此我在101學年度時以諧音法設計了週期表口訣，以5個元素為一組字詞，將4組字詞賦予新意，串成一個纏綿悱惻的故事，並由當時一位學生繪製成四張圖(圖四到圖七)。以原子序1到5為例，將「氫氦鋰鈹硼」轉換為「青海裡皮棚」，取其含意為「在青色的海裡，有一個獸皮縫製成的帳棚」。至於原子序6到20元素諧音部分，則建議老師能依此原則自行發揮創意與想像力，勾勒一個合乎邏輯的故事，故事情節可以盡量曲折離奇一點，介紹故事時也可以添油加醋，激發聽覺型學生的專注力；同時以PPT呈現色彩鮮明的口訣圖片，吸引視覺型學生的目光焦點；另外可搭配元素圖卡的抽取競賽或排序活動，使觸覺型學生可以在圖卡排列的操作過程中記下元素的原子序順序。        圖四：原子序1-5    圖五：原子序6-10   圖六：原子序11-15   圖七：原子序16-20 n週期表口訣之國中生成效測試 由於高中生在入學前大多已能掌握元素的大概位置，雖然不能依照原子序的順序背出，但多能以族為單位背出週期表各族的元素，因此每年在新班級教授前述故事口訣時，學生大約都能在五分鐘內記下故事諧音並完整背出前20個元素的名稱。 為了解此搭配諧音法(聽覺刺激)、故事情節法(聽覺刺激)、鮮明圖片法(視覺刺激)、圖片抽取競賽(觸覺刺激)、圖片排序活動(觸覺刺激)等學習週期表口訣以記憶原子序1～20元素的系列方法，對國中學生的學習成效如何，特別挑選四位八年級的國中生(二女二男)進行試驗。由實驗前的訪談發現，四位學生中有兩位已經超前學習週期表，而且可以概略背出原子序1-10的元素。教學活動包含：運用元素撲克牌依序排出原子序1～5、6～10、11～15、16～20等四組元素並尋找口訣(圖八)、抽取圖卡進行元素心臟病遊戲(圖九)、用原子序1～20共20張元素圖卡打亂順序後進行排序競賽(圖十)。活動結束後，四位同學中有三位可以流利且正確的背出原子序1～20的元素，另一位則經由複習口訣的故事後，也能正確背出。而此位學生本來完全不會依原子序背週期表，且在活動前表示要背下週期表很難，不可能在一節課背起來，沒想到後來表現竟超出自己的預期，並在後測問卷中表示口訣方法很實用、很有趣，記憶很深刻[1]。           圖八：排序並尋找口訣     圖九：元素心臟病遊戲      圖十：元素排序競賽    n沉澱表口訣之六階段教學活動 元素的性質並非都像半徑、金屬性、電負度一樣，可由週期表上相對應位置看出大致規律性，以沉澱反應為例，電中性元素發生電子轉移形成陰陽離子後，在水溶液中是否發生離子沉澱反應，必須經由實驗建立沉澱與否的規律性，而後才能運用此規律性作為分離或檢驗混合物所含離子之判斷參考。 過去在進行沉澱表教學時一共設計六階段活動(圖十一)，並且運用本校自然科教師專業團隊發展的「沉澱查詢機」(圖十二)與「快打沉澱表」(圖十三)兩個App。階段一是以App進行的雲端實驗取代實體實驗，運用「沉澱查詢機」所得結果填寫實驗記錄；階段二是由各組抽選一種陰離子，運用聯想力將與此陰離子是否發生沉澱反應有關的數個陽離子進行故事性設計與組合；階段三是運用七組設計的聯想結果，進行沉澱反應配對競賽；階段四是介紹老師版的口訣並學唱由五月天學長作曲、佛慈老師作詞、樂研社學長主唱的「沉澱ING」歌曲，並進行各組接唱挑戰賽；階段五是運用陰陽離子圖卡進行沉澱心臟病活動；階段六是運用「快打沉澱表」答題成績找出五位沉澱表高手。    圖十一：六階段教學流程     圖十二：沉澱查詢機App      圖十三：快打沉澱表App  前述六階段均設計大量的視覺、聽覺與觸覺輸入及刺激，且限制各組進行各階段時所花的時間。觀察學生行為時，可以看到各組學生由剛開始的坐著討論，到後來自動會有具領導特質的人站起來引導全組，甚至有組織力很強的組別早已快速排出各項活動競賽的選手代表序。       圖十四：用平板進行實驗    圖十五：絞盡腦汁創口訣   圖十六：運用口訣玩配對 設計口訣時，建議老師可以融入各校的特色元素，讓學生產生共鳴就更容易記住。我設計的7個口訣是以陽離子的諧音進行故事情節聯想，共包含兩位主角三位配角，以天文社和桌遊社的活動為內容，以社團中學長與學妹的對話為橋段。最後將7個獨立情節(口訣)串成一個有意義的故事後，再用畫圖的方式將故事情節表達出來(圖十七到圖十九為其中3個口訣)。以口訣1為例，遇陰離子「全溶」的陽離子為「IA+ H+ NH4+」，諧音為「IA […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：微量元素，人體中的有感元素！ 張榮耀 臺北市立和平高級中學 hamson11@gmail.com  「You are what you eat!?」但你還記得早餐吃了多少的釩？喝了幾口的鋅嗎？ 　　正常的成年人體內(體重以平均70公斤計)，約含有7×1027個原子。其中，至少可檢測到的化學元素約有60種，大多數是人體與生俱來就擁有，而有些元素則是藉由飲食等方式進入人體。每種元素的含量因人而異，主要是由於體內脂肪、肌肉和骨骼的比例不同；脂肪含量較高的人，擁有較高比例的碳，而其它元素的比例就會較少。 　　組成人體的主要元素，由多至少依序為氧(O)、碳(C)、氫(H)、氮(N)、鈣(Ca)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、鈉(Na)、氯(Cl)、鎂(Mg) (見圖1)；以上這11個元素在一般人的體重中，佔了幾近99.9%的比例！ 圖1組成人體主要元素的百分比 其餘的元素屬於微量元素，它們的含量總和，甚至低於鎂元素(正常人體中不到10克)，但卻影響了人體許多重要的生理機能，本文主要即針對這些平常為大家所忽略，卻又對於人體十分重要的元素進行介紹！ n  主要元素 　　水約佔人體重量的70%，因此，氧與氫的含量多令人不足為奇；另外，擁有氫元素的分子可以在特殊的條件下形成分子內或分子間的氫鍵，使得這樣的分子具有特殊的形狀與性質，例如：各種蛋白質的形成、DNA的雙股螺旋結構等。 　　碳是生命體中重要的元素，動植物體中所含的物質，其主要組成絕大部分含有碳元素，並稱之為有機化合物，例如：葡萄糖、纖維素、各種胺基酸、蛋白質、DNA、RNA等。 　　氮藉由各種不同的胺基酸存在於人體中，構成了蛋白質並影響許多重要的生理機能，例如：胃蛋白酶，可將食物中的蛋白質分解為小的胜肽片斷，再被人體消化而吸收。 　　鈣是重量組成中含量最多的元素，它的含量超過其它金屬重量的總和。骨骼是撐起身體的主要支架，而鈣與磷正是形成骨骼的最主要成分，約99%的鈣是以磷酸鈣的型式形成骨骼(這同時也是磷的主要存在型式)，剩餘部份則與牙齒生長、肌肉收縮、神經系統的運作、幫助血液凝固和細胞分裂等有關。 　　鉀在紅血球、肌肉與腦組織內含量較多，若攝取不足或過多，會影響心肌的跳動；鈉對多項人體功能十分重要，有助於維持體內細胞液和酸鹼性的平衡，也是神經傳導與肌肉收縮的重要元素。 　　硫與肝臟的代謝機能有關，除此之外，在防止消化道的細菌感染、避免大腦衰老和抗氧化等方面也十分重要。在日常的飲食中，可以在蔥、蒜、韭菜等具有刺激性氣味的食物中，攝取到含有硫與硒的有機化合物。 　　我們每天必須攝取適量的食鹽(氯化鈉)，以維持體內正常的運作；而人體中也會製造氯化物，例如：胃會分泌胃酸(主要成分為鹽酸)來活化蛋白質酶，幫助食物消化。 　　鎂可以協助蛋白質的製造，組成部分的酵素，是人體中不可或缺的元素；老年人缺乏鎂，會精神不佳、情緒低落，經由正常的飲食，即可獲取足量的鎂。 n  微量元素 　　除了前述的11種元素，為了維持人體正常的生理機能，尚需要其它的元素；由於這些元素的含量極少，一般便以毫克為計量單元，我們稱為微量元素。 　　人體內的鐵(Fe)元素(見圖2)，主要存在於肝臟、脾臟與骨髓中，血紅素含有亞鐵離子(Fe2＋)，容易與氧氣結合，藉由血液的循環將氧輸送至身體各處。乳鐵蛋白在腸胃道中，可幫助鐵離子運送與吸收，對人體的免疫功能有重要的影響。肝臟、豬血、紅肉、紫菜、蛋、全穀類、乾果類、綠色蔬菜中都含有豐富的鐵質，若搭配維生素C則更容易被吸收。女性比男性需要攝取更多的鐵，特別在懷孕期間，可多攝取上述的食物。 圖2鐵元素的外觀 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%81） 　　鋅(Zn)為人體生長的必需元素(見圖3)，控制發育生長、壽命及生殖能力的酵素大多含有鋅，人體肝臟的酒精脫氧酶是以鋅為中心，可進行酒精的分解；成長中的孩子若缺乏鋅，則可能有食慾不振、注意力不集中的問題。海鮮類(牡蠣、蝦、蟹)、動物肝臟、牛肉、蛋黃、五穀類、豆類、茄子、核桃、蘋果、柿子中，皆含有豐富的鋅，藉由平日均衡的飲食習慣，即可攝取足量的鋅。 圖3鋅元素的外觀 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%8C） 　　排名在鋅後面的銅(Cu)、錫(Sn)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鈷(Co)、鎳(Ni)，多為酵素的一部分，通常不必擔心這些金屬攝取不足的問題；要擔心的，反而是攝取過量，對其它金屬產生排斥的作用，影響了人體正常的生理機能。 　　銅(Cu)是人體的必要元素(見圖4)，成年人的體內約含50～120mg，可幫助人體內的鐵吸收形成血紅素，科學家建議每日銅的正常攝取量為2mg。銅經由人體吸收，很快由尿液、膽汁及糞便排出，但長期服用過多的銅會損壞肝臟及腎臟，人體可能出現中毒症狀，例如：噁心、嘔吐、口腔灼熱感、腹痛下痢、頭痛暈眩、胃痙攣等。含銅較多的有牡蠣、蝦、蟹等海鮮類，在牠們的血液中，負責輸送氧的血青素中含有銅，類似人類血紅素中鐵的功能。 圖4銅元素具有紅棕色的外觀 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%9C） 　　當牡蠣體內累積的銅超過500ppm以上，肉眼就會看見綠色，此綠色是由於銅存在牡蠣淋巴系統中，而牡蠣對銅具有生物累積作用。例如：在民國75年間，高雄與臺南交界的二仁溪口海域，因為不肖業者在回收廢電線、電子零件、電路板等廢棄五金中的貴金屬後，將含有大量銅離子的廢液排放至溪水中，使得沿海養殖的牡蠣呈現綠色，即所謂「綠牡蠣」事件，綠牡蠣體內的含銅濃度，是附近海水中的50萬倍(韓柏檉,1989)。 圖5蚵農採集的綠牡蠣 （圖片來源：https://ourisland.pts.org.tw/綠牡蠣悲歌） 　　大部分的錫(Sn)化合物是無毒的，簡單的錫化合物和錫鹽的毒性相當低，但一些有機錫化物的毒性非常高，例如：三苯基醋酸錫，這種已禁用的農藥，具有毒性且可能致癌。錫的三烴基化合物(例如：三丁基錫，TBT)具有強烈毒性，早期被用來製作船的底漆(見圖6)，以殺死附生在船身的微生物、藻類和貝殼。但是環境研究顯示，三丁基錫是持久性的有機污染物，不只是毒化物，也是一種環境荷爾蒙，目前世界各國尚未訂出安全標準，但TBT的蓄積具有生物放大效果，長期累積不易分解，如果吃下含有TBT的魚貝類，會對人體發生類似賀爾蒙的干擾作用。　國際環保組織已決定從2003年開始逐步禁止使用TBT或其他有機錫基的船底漆，自2008年開始全面停止生產錫基船底漆以保護環境。但根據環保署委託成功大學環境微量毒物研究中心，針對臺灣七大漁港底泥與生物樣本的研究顯示，漁港底泥中的TBT濃度並未降低，且港內魚體的TBT含量仍遠高於港外。由於TBT為持久性有機污染物，長期累積不易分解，要降低環境中TBT濃度並不容易。 圖6有機錫常作為船舶的底漆塗料 （圖片來源：https://scitechvista.nat.gov.tw/c/sZ33.htm） 　　人體內的釩(V)元素(見圖7)，是一些酶的組成成分，可能有促進成長的功用；部分小動物，例如鼠和雞也需要少量的釩，缺釩會阻礙它們的生長和繁殖。一些含釩的物質具有類似胰島素的效用，醫學上已嘗試用來治療糖尿病患。另外，科學家發現，一些微生物使用含釩的酶來固定空氣中的氮，許多海藻類生物含有釩溴過氧酶(vanadium bromo-peroxidase,V-BrPO)，能促進鹵素離子的氧化作用並進行有機分子的鹵化反應。 圖7釩元素的外觀 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%92%92） 　　鉻(Cr)是人體必需的微量元素(見圖8)，三價的鉻是對人體有益的元素，在醣類與脂質代謝中，具有特殊的作用：可調節人體內的醣類代謝、維持正常的葡萄糖濃度、影響有機體的脂質代謝、降低血液中膽固醇的含量、預防心血管疾病等。此外，可做為DNA和RNA的穩定劑，用以防止細胞內某些基因物質的突變。蛋黃、牛肉、肝、花生、蘋果、香蕉、麵粉、馬鈴薯及黑胡椒等，是鉻的主要來源。六價的鉻有毒，對人體組織造成刺激與腐蝕性，並具有致癌的風險。 圖8具有銀白色金屬光澤的釩 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%AC） 　　錳(Mn)是高等動物必需的元素(見圖9)，在人體中的錳含量約為4ppm，對體內主要的影響包括生長、血液與內分泌功能。當人體缺乏足量的錳，會導致骨骼發育不健全，並會引起生長遲緩等情況。綠色蔬菜、堅果、茶葉、豆類、鳳梨、玉米、小麥與米等穀類，都是很好的錳來源。 圖9錳元素的外觀 （圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%B0） 　　鉬(Mo)是一種在人體內重要的微量元素(見圖10)，但若是過多則會形成毒害。在人體中，鉬的主要功能是作為酶的催化劑，幫助分解體內的氨基酸。醫學上發現，酒精進入身體，先被含有鋅的酶氧化成醛，再被含鉬的酶氧化成酸，完成代謝。此外，某些含鉬的酶則會製造尿酸，但如果這些含鉬的酶太活躍，尿酸會在關節處累積，反而造成痛風。 圖10鉬元素的外觀 […]

2019國際元素週期表年(IYPT)：鹵素歷史及生活運用–榮譽、戰爭、醫學 許之音 臺北市立第一女子高級中學trya416@yahoo.com.tw n  前言         鹵素在生活中運用廣泛，在歷史中亦占有重要的地位。我們可以看到這些元素在科學史上帶來的榮譽、在戰爭中造成的影響、及在醫學上扮演的角色，而看到有些元素有其害處也有其益處，如何使用決定它造成的影響。 n  氟         氟(fluorine)由於化學性質很活潑，因此很難由化合物中離析出來。在西元1768年，德國礦物學家馬格拉夫曾用硫酸(H2SO4)處理螢石(CaF2)製成氫氟酸，研究發現其酸性較鹽酸強，法國科學家安培認為氫氟酸(HF)應是某一元素的氫化物，建議將此元素命名為氟，之後在溴、碘被發現後，化學家比較性質判斷其為同一族，十九世紀許多科學家都想將氟游離出來，西元1813年，戴維電解氫氟酸以為可得到氟(F2)，卻得到氧氣，而蘇格蘭的兩位科學家藉由加熱氯氣及氟化汞，試圖以氯置換氟，不但沒成功，反而中了劇毒，原因是氟的活性很強，無法被氯置換，西元1850年，法國佛雷密試圖電解無水氟化氫，因不導電而未成功，他的學生摩瓦桑承接這個任務繼續研究，在西元1886年，摩瓦桑將氫氧化鉀(KOH)溶於無水氫氟酸中作為電解液，使其可導電，並用氯仿冷凍劑使鉑(Pt)製的U型管冷卻到-23℃， 以強耐腐蝕的鉑銥合金作為電極，終於析出氟，其為淡黃綠色氣體，此項成就使他獲得獎金，並獲得西元1896年英國戴維獎章、西元1903年德國霍夫曼獎章、西元1906年諾貝爾化學獎金，可說是名利雙收(趙匡華，1998)。氟得到一個電子或和其它元素共用電子後，會因為滿足八隅體變得較安定，生活中常見的氟製品有實驗室中的滴定管內的鐵氟龍活塞(圖一)、含氟牙膏(圖二)、含氟漱口水、鐵氟龍不沾鍋、鐵氟龍的布料等。 圖一 滴定管 (來源:看的到的化學) 圖二 含氟牙膏 (來源:看的到的化學) n  氯         哈伯(Fritz Haber，1868－1934)研究這次戰爭後決定改發展氯(Chlorine)，氯對呼吸的危害更大，氯的的分子式為Cl2，它和溴都是ⅦA族，都想再搶一個電子已滿足八隅，由於氯的原子量比較小，體積較小，反應更迅速，如果溴對黏膜的反應像步行，氯就像閃電。氯在生活中常見的製品有漂白水 (圖四)可用在消毒，氯在常溫常壓下為黃綠色氣體(圖三)，會讓受害者皮膚變黃、變綠，甚至變黑，還會讓眼睛罹患白內障，歷史上一些可怕的戰爭像是綠十字、藍十字就是以氯為基礎的戰爭攻擊，即使德國有哈伯的幫忙最後仍輸掉戰爭，西元1918年，哈伯原本因為研發出氨的製造有利於製造肥料，但在西元1919年因參與領導化學戰而被起訴為國際罪犯(楊玉齡譯，2011)。 圖三 石英玻璃管中的氯 (來源:看的到的化學) 圖四 含氯的漂白劑 (來源:看的到的化學) n  溴         法國波拉德研究海藻，主要在研究如何從海藻提取碘，他將海藻燒成灰放入熱水中，再通入氯氣便可得到紫黑色固體(碘)，此時發現底部有深褐色液體且又刺鼻臭味，經過詳細研究最後發現為新元素(溴)，古代化學藥劑主要研究溴(Bromine)，溴的分子式為Br2，外圍有七個價電子，由於溴很想要得一個電子以滿足八隅體，所以會去搶細胞的電子，對於身體來說，眼睛和鼻子很容易受到溴的傷害，可用來做手榴彈，例如西元1910年，軍方化學家已有以溴為主的催淚彈，法國政府在西元1912年曾用溴乙酸乙酯逮捕一幫銀行搶匪，隔了兩年便朝德軍丟溴彈，但溴彈的攻擊無法立即見效，那時因風大就吹散了，但德軍把其他意外事故都規咎於法國秘密藥劑就可以有藉口發展自己的化學戰爭研發，然而德軍研發化學戰爭仍需受到海牙公約的限制，該公約禁止使用專用於散布窒息或有毒氣體的投射物，但此公約無權管投擲炸彈碎片和氣體的砲彈，因此德國完成了白十字(white cross)，此為裝滿甲基溴的砲彈，德國拿此砲彈來打俄軍，結果因為俄國氣溫太低，砲彈全部凍結成固體(楊玉齡譯，2011)。溴常溫常壓下為暗紅色氣體(圖五)，但因其沸點只有59℃，故在室溫下易揮發成紅紫色氣體，生活中常見的溴製品有含阻燃劑(四溴双酚甲烷A)的衣服(圖六)、酸鹼指示劑(例如：溴甲酚藍)、底片感光劑(溴化銀)等。阻燃劑主要可延緩起火時間，溴系阻燃劑主要使用四溴双酚甲烷A等。這些溴化合物會添加到高分子的聚合反應中，形成的聚合物即包含阻燃物質。當高温時這些材料會釋放出溴化氫，因而阻斷燃燒反應，主要因為密度較高的不可燃溴化氫可達到隔絕空氣的效果。 圖五 溴蒸氣 (來源:看的到的化學) 圖六 含阻燃劑的衣服 (來源:看的到的化學) n  碘          西元1930年，甘地領導印度民眾抗議英國爭徵百分之八的食鹽稅，由於民眾只要取海水將其蒸發便可得到食鹽拿去販賣，因此徵稅就好比撿沙子還要付錢，甘地因此鼓勵民眾都自製食鹽，十七年後，當印度獨立時，自行製造食鹽已相當普及了，唯一的問題是這種食鹽含的碘(Iodine)極少，然而碘對人體健康相當重要，人體缺乏微量碘，會造成甲狀腺腫大，長期會造成甲狀腺萎縮，由於甲狀腺和許多荷爾蒙的製造及分泌，例如：因碘不足導致腦部荷爾蒙無法正常分泌，人們便會逐漸退化成智能障礙，若是懷孕婦女也會導致生下畸形兒，因此西元1922年，許多國家就開始將食鹽中加入碘，碘的分子式為l2，本身難溶於水，故添加的是含碘的鹽類，像是碘酸鉀(KIO3)，雖然印度的醫生也有發現碘的重要性，所以在西元1950年，印度各省政府開始禁絕未加碘的食鹽，然而卻遭到民眾反對，因為一般民眾已習慣自行製造食鹽，甚至毫無根據誣賴碘鹽會導致癌症、糖尿病等，因此西元2000年，印度總理又廢除禁止普通鹽的法令，直到西元2005年，新總理再度禁絕普通鹽，雖然添加碘的鹽只要多花每個印度人美金一毛錢，但運輸費用貴是目前無法普及的原因(楊玉齡譯，2011)。碘常溫常壓下為紫黑色固體，和溴一樣常溫下易形成蒸氣(圖七)，反應性比起氟略顯溫和，碘在自然界主要在智利硝石礦中，以碘酸鈉的形式存在。生活中常見的碘製品有碘酒(碘溶在酒精中)、加碘鹽、含碘的顯影劑(可用在心臟的電腦掃描圖)、131I可用於甲狀腺腫瘤的早期診斷和治療、照相底片的感光劑(碘化銀)、人工降雨的晶種(碘化銀)、碘片(碘化鉀)等。 圖七 碘分子及碘蒸氣 (來源:看的到的化學) 圖八 含碘顯影劑 (來源:看的到的化學) n  砈           砈(Astatine)在地殼中含量極低，砈的元素符號為At，本身具有放射性，可用在醫療用速效放射性的同位素。原子會具有放射性主要是因為其原子核，所有原子核裡都有兩股力量：強核力(吸引力)、靜電力(排斥力)，強核力雖然比靜電力強好幾百倍，但只要超過幾兆分之一吋就無法發揮效用，所已通常出了原子核強核力就不太有影響力了，當原子核半徑像砈(原子序85)這麼大，強核力已很難在把所有質子及中子都抓在一起，因此原子會變得不穩定。砈元素會天然生成但只要超過幾兆分之一吋就無法發揮效用，所以通常出了原子核強核力就不太有影響力了，當原子核半徑像砈(原子序85)這麼大，強核力已很難在把所有質子及中子都抓在一起，因此原子會變得不穩定。 […]