定律、學說、假說
學生在化學平衡認知上的迷思概念（下）(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
為了使可逆及動態平衡的概念更加穩固，可藉下列演示實驗讓學生有更深刻的印象，如果學生此時尚未學習錯離子，（式— 2）可用藍色、粉紅色物質代表錯離子，無須寫出化學式。將水合氯化亞鈷晶體大約 3 克，置入燒杯中，加入異丙醇液體使晶體溶解，配成 25 mL 的溶液，其濃度約為 0.5 M，呈深藍色。配好的「非」水溶液的系統可由下式表示，在此水分子不是溶劑，而是反應物。
學生在化學平衡認知上的迷思概念（上）(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
甫教高中生有關化學平衡的章節時，經常碰到幾個觀念學生容易混淆、無法了解，例如可逆性 (reversibility)、反應完成或終結有何差別、平衡是靜態 (static) 或動態 (dynamic)、平衡位置向左或向右移動的意涵…等，這些困擾有些源自於學生先備知識的認知架構，匡限了後學內容的認知了解，有些源自於教學用語的不良溝通，更有些出自没有適當的模型或演示，造成微觀現象的不了解，這些問題不僅在國內的教學現場處處可見，在國外的研究探討也屢見不鮮，詳見參考文獻。本文將以一些實例說明這些迷失概念產生的原因，並藉助一些演示實驗，加以釐清及說明。
科學家傳記—亨利．路易．勒沙特列 (Henry Louis Le Châtelier)
國立臺灣師範大學化學系博士生 林欣慧
圖一、勒沙特列。（來源：參考資料 5）
勒沙特列（Henry Louis Le Châtelier，圖一） 1-3 是法國的科學家，1850 年 10 月 8 日出生於法國巴黎， 1936 年 9 月 17 日卒於米里貝萊埃舍萊（伊澤爾省），享年 86 歲。重要的貢獻便是他所提出的勒沙特列原理 (Le Chatelier’s principle)4。
勒沙特列是家中的長子，母親對他們的兒時的教育相當嚴格，生活相當規律，也造就了他嚴格遵守法律和規範的習慣。
勒沙特列的父親路易·勒沙特列也是一位法國重要的化學家及工程師6，對法國的鐵路運輸有重要的貢獻。以及發展從鋁土礦中生產鋁的工業製程，和西門子馬丁鋼 (Siemens-Martin steel) 的製造，對法國的工業發展有重要的貢獻。受到父親的影響以及家中經常來往的客人都是法國知名的科學家及工程師，因此家中五個兄弟都選擇了科學相關行業。
弗洛斯特圖 (Frost diagram)
國立臺灣師範大學化學系三年級 俞姿宇
弗洛斯特圖 (Frost diagram) 或稱自由能 ─ 氧化數圖 (free energy-oxidation state diagram) 是單一種元素的氧化態與自由能的關係圖，單一種元素以不同氧化態存在的分子，在互相比較之下，氧化還原對 (redox couple) 的還原電位，電位差越大代表反應趨勢越強，此種圖示法是很好的判讀工具。
縱軸為電位 \(NE^\Theta\)，橫軸為氧化數 \((N)\)，氧化數值以遞增或遞減排列都是可以被接受的，值得注意的是橫軸的座標必須合乎線性比例，即使該元素無法存在於所有可能得氧化態。
晶場理論 (crystal field theory, CFT)
國立臺灣師範大學化學系三年級 俞姿宇
晶場理論於 1929 年由漢斯·貝特 (H. Bethe) 和約翰·凡扶累克 (J.H. van Vleck) 首先提出。主要用 d 軌域開裂 (splitting) 的情況來解釋錯合物的顏色、磁性、立體構型、熱力穩定性和錯合物畸變。1
錯合物的中心金屬經常是過渡元素，過渡元素具有五種相等能量的 d 軌域，在空間中的方向都不同。首要假設是將配位鍵都視為正負電荷相吸的純離子鍵，配位基 (ligand) 的孤對電子視為負的點電荷，或是部分負的電偶極；帶正電的中心金屬離子處於負電荷配位基所形成的晶體場中。當配位基加進來形成錯合物後，由於受到晶體場的交互作用，五種 d 軌域的能量會受到影響，此謂 d 軌域開裂。
錯合物的空間構型也會影響配位體形成的晶體場，像是平面四邊形、正四面體或是正八面體，中心金屬離子的 d 軌域受到的排斥力都不同，造成不同的開裂情況。
在八面體的錯合物中，d 軌域會分裂成兩個較高 (eg) 和三個較低 (t2g) 的簡併 (degenerate) 軌域，兩者之間的能量差稱為分裂能 (ligand-field splitting parameter, Δ)（圖一）。若分裂能量差恰為可見光的能量範圍，錯合物就會呈現顏色。起因於空間構型，使得d軌域中，dz2和dx2-y2這兩個軌域的電子雲集中在有配位基負電荷的位置上，斥力大，因此能量提升，提升量為0.6Δ，這兩個等能量的軌域稱為 eg 軌域，而dxy、dyz和dxz在空間中與配位基的位置剛好錯開，能量比 eg 低，比原來未配位的 d 軌域能量低了0.4 Δ，這三個等能量的軌域稱為 t2g 軌域（圖二）。
靜電勢圖 (electrostatic potential maps)
國立臺灣師範大學化學系三年級黃仲楷
一、簡介：
靜電勢圖是非常有用的三維分子圖。使我們能夠想像分子的電荷分佈和分子電荷的相關性以及分子的大小和形狀。在有機化學預測複雜分子的時候，其所發揮的功用更可稱為無可取代的無價之寶。雖然有機化學家們很少使用此圖來互相溝通，但是對於正在學習有機化學的學生們而言，這可是常能提供相當大幫助的利器呢。因為要準確地表達分析分子的電子分布，是需要非常龐大的數據量才能達成的，因此靜電勢圖就成為了表達的最佳方式了。
二、定義：
簡單來說，靜電勢圖(electrostatic potential maps)就是將部分電荷(partial charges)的表示式轉化成3維空間、彩虹樣式的圖像。在這圖像中，利用色階以表達部分電荷-、+的面積，一般來說紅色代表的就是δ-，藍色則是代表δ+。如圖1：
圖1：水分子的靜電勢圖。由圖可知愈紅即代表電荷愈負;愈藍則是愈正。
掌性(chirality)
國立臺灣師範大學化學系胡婷嘉研究生
對掌性（chirality），又稱手性，是由希臘語的手這個字發展出來的，這些分子的特徵是他們在鏡子裡反映出來的鏡像和他們本身是不一樣、無法重合的分子。
若我們把右手拿去照鏡子，在鏡子裡出現的鏡像不會是右手而是左手，而右手和左手是無法重合的。所以左手和右手都是掌性化合物（chiral molecule），如圖一。左右手是一組異構物稱為鏡像異構物（enantiomers）。而有掌性分子就有非掌性分子（achiral molecule），他們的鏡像和本身是可以重疊的！像是椅子、球……等，如圖二。
 圖一、掌性為左右手無法重疊 |
 圖二、非掌性 |