海洋、水圈、水的相變化
奈米冰的存在解開水在4度C具有最大密度之謎
東京大學黃郁珊博士/東京大學陳藹然博士
地球在宇宙中有藍色行星的美稱，因為地球表面被大範圍的水覆蓋，同時水也是地球生命的重要組成。儘管多年以來人類對水進行大量且深入的研究，液體水仍有許多異常現象尚未被完全理解，例如大家都學過：水在 \(4^\circ C\) 擁有最大密度，但是卻一直無法好好解釋這個眾所週知的現象。由國立交通大學濵口宏夫講座教授領軍，臺灣與日本的合作團隊，觀察到水在低溫下形成奈米尺寸的微冰晶，可能是造成水的最大密度異常現象原因。
超臨界二氧化碳 (Supercritical carbon dioxide)
臺北市立第一女子高級中學二年級陳郁欣/臺北市立第一女子高級中學化學科許名智老師
超臨界流體簡介
物質通常具有大家所熟知的固、液、氣三相，但當溫度及壓力都大於其臨界溫度及臨界壓力時，液體和氣體之間沒有明顯的界面，形成既非氣相也非液相的另一種均勻相，稱為超臨界相。
一般而言，超臨界流體具有低黏度、高密度、高擴散性和低表面張力等介於氣、液相之間的物理性質。例如，因為黏度接近氣體且擴散係數比液體高10至100倍，在輸送上較液體容易也迅速。密度接近於液體，因此可輸送比氣體更多的超臨界流體。此外，因為幾乎沒有表面張力，使之容易滲入多孔性組織中。在化學性質上，超臨界流體也與氣、液態時有所不同。例如，二氧化碳在氣體狀態下不具萃取能力，但進入超臨界狀態後，二氧化碳變成親有機性，因此產生隨溫度及壓力而不同的溶解有機物的能力。
圖片來源：楊顯整（2009），「超臨界綠色技術之概述」，綠基會通訊，第7頁。
超臨界二氧化碳
目前超臨界流體技術的應用範圍包括萃取、分離、清洗、染色、純化、奈米顆粒形成與化學反應等。
超臨界二氧化碳具無毒、無色、無臭、費用低、無殘留、不可燃性、無廢水處理問題、化學穩定性佳及易達到臨界點（Pc＝72.8 atm, Tc＝31.1 ℃）等優點，是一種「乾淨」的溶劑，因此最常被使用。
(1) 去除咖啡中的咖啡因
先利用乾燥的超臨界二氧化碳，萃取經焙炒過的咖啡豆中的香味成分，再利用含有水分的超臨界二氧化碳，將咖啡豆中的咖啡因取出，最後將先前萃取出的咖啡香味放回不含咖啡因的咖啡豆中。由以上步驟可以發現，超臨界二氧化碳因為有高滲透力與低表面張力，而可深入咖啡豆內部。另外，因此也顯示我們可以藉由改變二氧化碳的物理及化學性質，來改變其溶解能力及對溶質的選擇性。
酸雨(Acid Rain)
國立台灣大學化學系學士生張育唐/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
水是中性的，這是常識，但是如果你說那雨水(Rainwater)也應該是中性，就有待商榷。一般的雨水由於吸收了空氣中原本就存在的二氧化碳，二氧化碳溶於水中產生碳酸，碳酸解離出H+（式一），故正常的雨水亦會呈現弱酸性，其pH值大約落在5.6 ~ 5.7左右。
(式一)
凡特何夫方程式（van’t Hoff Equation）
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
1880年代植物學家浦菲弗（Wilhelm Pfeffer，1854-1920）進行一系列對滲透壓的實驗，1887年荷蘭化學家凡特何夫（J. H. van’t Hoff，1852−1911）開始進行滲透壓的理論研究。根據浦菲弗的結果凡特何夫發現含有1 g的蔗糖溶液其滲透壓和溶液體積成反比（eq 1），這個結論正好和波以耳定律中氣體體積與壓力的關係相似（Boyle’s law，PV = K）。最後他參考卡諾循環(Carnot cycle)又得到另一個結論，定濃度的蔗糖溶液其滲透壓和絕對溫度成正比（eq 2），這又恰好符合給呂薩克-查理定律（Gay Lussac – Charles’s law，V = KT）。結合以上兩點，定濃度溶液的滲透壓和溶液的體積成反比和絕對溫度成正比（eq 3）。
硬水 (hard water)
國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
硬水是具有高含量礦物質 (與軟水相比較下)的水。硬水通常由鈣(Ca2+)組成，鎂(Mg2+) 離子，或是其他物質：例如碳酸氫鹽類和硫酸鹽類的化合物。鈣通常以碳酸鈣(CaCO3)所構成石灰岩或粉筆，或以其他礦物沈積形成硫酸鈣的形式的進入水中。鎂最顯著來源是白雲石(CaMg(CO3)2)。硬水一般而言是沒有傷害性的。 判斷水硬度的簡單方法是藉由泡沫測試： 若是在軟水中，肥皂或者牙膏溶於水時經由激烈攪動，則容易形成泡沫：若在硬水中則不會有此現象發生。更精確的測量硬度方法可經由滴定來獲得。水的總硬度 (包括Ca2+和Mg2+離子)是以百萬分濃度或者重量/體積 (毫克/ L)的比例關係來說明碳酸鈣 (CaCO3)在水裡的含量。雖然水的硬度通常只測量鈣和鎂(兩個最主要的二價的金屬離子)的總濃度，但在一些特殊的地方鐵、鋁和錳離子也可能會較高的濃度存在。
水、大氣、土壤(water、atmosphere、soil)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
水對於所有形式的生命而言是一種不可或缺常見化學物質。在習慣上，水所指的是以液體狀態呈現出來的，但水也可以固體狀態¬－冰、氣體狀態－水蒸氣的形式存在。在地球表面上大約有71﹪的表面積被1.46×1015公噸的水所覆蓋，大部分存在海洋以及其他較大的水體－1.6﹪以地下水的形式保存、0.001﹪在空氣中以水蒸氣和雲的型態存在或是經由降雨方式回到地面。地球上的水有一部份是保存在靠近地表的人造或自然界的物體當中，例如水塔、動物和植物體、工業產品和食品中。 海水佔據了地表水面積的97﹪，冰川和極地冰帽佔了2.4﹪，在其他陸地上的湖泊和河流佔了0.6﹪。
蒸發與沸騰(evaporation and boiling)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
蒸發(evaporation)與沸騰(boiling)是物質由液態轉變為氣態的相變過程，在溫度未達到沸點之前，物質由液態轉變為氣態的相變過程稱為蒸發；每種液體僅當溫度升高到一定值(沸點)時才會沸騰，沸騰是在液體表面和內部同時進行的劇烈汽化過程。一般常將蒸發與沸騰此兩種現象合稱為汽化。
布朗運動(Brownian motion)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
懸浮微粒在液體中所做的無規則運動(random movement)，其運動的快慢與方向在每一瞬間不斷改變，而觀察到呈現折線形式的運動軌跡，此種現象稱為布朗運動(Brownian motion)。布朗運動的產生原因是液體中的懸浮微粒受到液體分子碰撞後，懸浮微粒在力的不平衡下造成的移動。液體分子永不停息的無規則運動是產生布朗運動基本原因，懸浮微粒一連串的布朗運動最後造成擴散現象，使懸浮微粒均勻分散在液體中。