2013年12月26日 星期四

最美麗的元素照片,把整座元素博物館搬回家!


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2013/12/27 第 1114 期
 
   
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    •最美麗的元素照片,把整座元素博物館搬回家──《元素圖鑑》
 
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作者/閻崇年

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元素圖鑑

1. 最美麗的元素照片,把整座元素博物館搬回家
不論是:表面覆上氧化膜而發出七彩光澤的鉍、在高壓放電下發出豔麗紅橘色光的氖、因為表面張力而形成圓滾滾球狀的汞、由六角片狀結晶堆疊而成的鎂結晶集合體、具有黑色光澤的非金屬結晶碘……
翻開《元素圖鑑》,彷彿置身閃亮亮的美麗元素世界,把整座元素博物館搬回家。

2. 簡單明瞭的文字說明,最生活化的實用範例
簡單而實用的案例說明,讓讀者看見生活周遭隨時都可見各種元素。
比如:
液晶螢幕是利銦錫氧化合物做成的,因為它能通電,而且做成薄膜會變透明。
太眼鏡或汽車的車窗玻璃中常添加了鈰,因為它可以強力吸收紫外線。
過去常使用鉛白做為化妝品,造成鉛中毒,後來才改用安全的氧化鋅白粉。
精用來製造菜刀或剪刀的精密陶瓷,材料中使用了鋯的氧化物。
隨手可見的光碟片的記錄層,是「銀-銦-銻-碲」合金。
報廢的數位相機、手機等電子機械中所含有許多稀有金屬,可稱為「都市礦山」。

3. 以視覺輔助記憶,強化認知,加深學習
不要再用死背、硬記的方法來背周期表了!
每一種元素都有其獨特的用途,透過精美的照片,加深印像,讓讀者能真正認識每一個元素,從而產生學習的好奇與興趣,自然而然就能輕鬆記憶,習得實用的知識。

4. 附贈:周期表書衣海報+精美明信片
隨書附贈精美海報,正面是美麗的元素照片,背面是詳實的周期表,可以貼在牆壁上,隨時記誦。

Hydrogen 氫
氫在常溫下是無味無臭、無色透明的氣體,比空氣要輕上許多。照片拍的是被導入水中的氫氣。氫氣幾乎不會溶解於水。
原子量 1.008
熔點 -259.1℃
沸點 -252.9℃
源自於希臘文的hydro(水)+gennao(產生),表示「產生水的東西」之意。

元素是從大霹靂開始的
一般認為在距今大約150億年前,現在宇宙裡的所有東西,全都是聚集在同一個地方的。宇宙的初始,是源自於原本聚集在那個地方的東西碎成片片飛散各處的,稱為「大霹靂(Big Bang)」的大型爆炸。在宇宙誕生的1000分之1秒後,膨脹後又冷卻的宇宙中,夸克(quark)因膠子(gluon)而被結合在一起、質子與中子誕生。質子是氫的原子核。在宇宙誕生後,最先被製造出來的是氫的原子核。在3分鐘後就四散的質子跟中子結合在一起,製造出氘、氦、鋰等的原子核。這就是大霹靂元素合成。

在大霹靂時最先誕生、宇宙中最多的元素
宇宙中充滿了氫,次多的是氦(質量比約為8%,請參照第18頁),除此之外都只有一點點而已。

附帶要說明的,是現在我們生活周遭的各種原子序大的元素,都是在恆星中被製造出來的。在夜空中閃耀的星星,是因為氫轉換成氦時的核融合反應而發出光輝的。當氦累積到一定程度之後,就換成是氦開始核融合反應。比太陽重的星星,會連碳、氧、氮也開始產生核融合反應。

在星星之中,可以製造元素到原子序為26的鐵為止。由於鐵的原子核極為安定,在恆星中並不能合成出比它還要大的元素。原子序比鐵大的元素,是在超新星爆炸時被製造出來。

在宇宙的高真空中,氫是以單獨的原子狀態漂浮著。在被視為宇宙初始的大霹靂之中最先大量形成的是質子(氫原子核),經過70萬年左右宇宙冷卻,質子和電子連結在一起就形成了氫原子。在像地球這種具有某種程度的壓力的環境之中,氫則是以氫分子的狀態存在。

太陽的能量來源
在持續釋出莫大能量的太陽中,產生的是4個氫原子融合、製造出1個氦原子的核融合反應。1個氦原子的質量,比4個氫原子的質量少了大約0.7%,這些消失的質量被變換成能量,成為太陽的能量來源。

在氣體中是最輕的
氫是最輕的氣體。密度(單位體積的質量)約為每公升0.09公克,若是把空氣當成1,它的比重會是0.07。雖然接在氫之後重量次輕的是氦,但是它的重量卻比氦輕了2倍左右。從前氫被用來使用在讓飛船漂浮,可是由於發生了一些爆炸、燃燒等的意外事故,後來就改成用氦來讓飛船漂了。

興登堡號爆炸事故
在使用氫的飛船爆炸、燃燒事故之中,最有名的是於1937年5月6日在美國紐澤西州萊克赫斯特(Lakehurst)海軍機場發生的德國飛船興登堡號(Hindenburg)爆炸、燃燒事故。機組員加乘客共35人、地面上的作業員1人因此而死亡。在檢視這個爆炸事故的動畫影像時,看得出興登堡號並不是從內部一口氣發生爆炸,而是火燄在一瞬間就把飛船的外皮給燒個精光。

1997年NASA的職員發表了一份報告,指出直接引發火災的是塗在船身外壁上的塗料。他的主張是當時為了要保護興登堡號的外部覆蓋材料不受太陽光及大氣的影響,就塗上了含有氧化鐵及鋁粉等易燃材料的塗料。而後由於靜電引發的火花引火燃燒,讓飛船的船身表面整體產生激烈的反應,於是在轉瞬之間就整個燒起來了。

氫在燃燒之後會變成水
氫在燃燒之後就會變成水。大家在化學課中,有沒有做過把鋅投入稀鹽酸中,以便製造氫的實驗呢?

把氣體收集到試管中,把內含氫氣的試管口朝下,點火之後就會發出碰或是咻般的爆炸聲,或是在試管口的附近會有無色的火燄在燃燒。有時候不是收集了氫氣的試管,而是在發生氫氣的地方會著火,導致容器爆炸、碎玻璃四散亂飛的意外事故。這是由於在空氣中含有4∼75%的氫的混合氣體,只要一點火,就會立刻產生爆炸性的反應所致。

氫在燃燒之後就會變成水。在劇烈反應後也會產生水。在這時會發生氫H2+氧O2→H2O的反應。由於這個反應會釋出非常大的化學能量,所以氫氧焰(火焰的溫度通常約為2,500℃,依條件的設定還可以達到3,000℃)能夠被用來熔接或切斷金屬,或是當成火箭的液體燃料。

目前氫以其能夠成為次世代能源的燃料電池燃料而受到注目。假如搭載有這種燃料電池的汽車真的在路上奔馳的話,從排氣管排放出來的就會是水蒸氣或水了。

在地球上的氫,通常是以跟氧結合成為水的形式而大量存在著。

Ag 銀
銀是明亮的銀白色金屬,容易以電解得到高純度的結晶。會因空氣中的硫黃而變暗淡。
原子量 │ 107.9
熔點 │ 961.91C
沸點 │ 2,162.01C
英文名的由來是盎格魯撒克遜語的「銀(sioltur)」;元素記號的由來則是源自於拉丁文的「明亮、光輝(argentum)」。

最容易讓電氣流通的金屬
具有銀色美麗光澤的金屬。在金屬中最能導電及導熱。它顯示出僅次於金的展性與延性,1公克的銀能夠被延展成1800公尺以上的銀線。

與硫起反應而變黑
雖然它不易生鏽,但是卻很容易跟空氣中的硫成分(硫化氫或二氧化硫等的硫氧化物)起反應而讓表面變黑。銀戒指會變黑的原因,是跟皮膚的蛋白質中的含硫氨基酸(稱為半胱氨酸)起反應。

中世紀時曾有過「怕遭人用砒霜下毒,所以使用銀的杯盤」的說法。但是即使是在銀盤裡滴砒霜,也不會起任何變化。而是由於中世紀所使用的「砒霜」中,含有硫化砷等的帶有硫成分的雜質,才會讓銀盤變色。此外,現在的銀餐具大多以銠電鍍過,以防與硫成分起反應。

口內清涼劑的「仁丹」、裝飾在蛋糕或是巧克力表面上的小銀珠的表面是銀。若是把「仁丹」放在硫黃溫泉附近的話,表面就會變黑。

鏡子的反射面是銀
從裝飾品、餐具、鏡子等日用品,到電腦、行動電話等的最先進電子機械,銀被廣泛利用在各種不同領域中。

古時候的鏡子,是把青銅的表面打磨得非常光亮。現在的鏡子則是在玻璃及後面的紅色物質(保護材料)之間鋪上一層非常薄的銀膜(在玻璃上鍍銀)。由於從前的金屬鏡的表面暴露在空氣之中,所以會生鏽或霧掉。現在的鏡子則幾乎不會發生這種現象。

溴化銀或碘化銀是照片的感光劑
由於與溴或碘的銀化合物只要照射到光就能夠使銀游離,所以作為照片的感光劑,用在印相紙或底片、X光照片上。

銀離子具有殺菌效果
由於銀離子具有殺菌效果,於是開發出各種各樣的抗菌劑、殺菌劑、除臭劑。只不過就算是大企業製造的產品,有時也會發生因為銀離子含量過少,效果不夠好而成為被回收的產品項目,需要加以注意。此外,硝酸銀水溶液則被當成殺菌劑使用。

 

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    永續建材—麻凝土
大麻一直以來都以做為製作衣服及紙張的優良纖維著稱,但是它在近期才被用來建造房屋。麻凝土是由大麻、水及石灰的混合物所做成的一種可永續使用的建材。

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