物質性質

三種利用依數性質求分子量方法的比較（下）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

連結：三種利用依數性質求分子量方法的比較（上）

利用滲透壓法(osmometry)，可以求出非揮發性溶質的分子量。依據（上）篇，對公式的推導中可以了解，此法僅適用於稀薄溶液，在非稀薄溶液中將產生無法避免的誤差。除了滲透壓法外，溶液的沸點上升法(ebullioscopy)、凝固點下降法(cryoscopy)亦可以求出溶質的分子量。唯此三者何者較優？本文將以實際的例子比較其在測量溶質分子量的優劣。

三種利用依數性質求分子量方法的比較（上）
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

高中化學課程介紹依數性質(colligative properties)時，總會提到利用溶液的沸點上升法(ebullioscopy)、凝固點下降法(cryoscopy)及滲透壓法(osmometry)等三種方法，來量測非揮發性溶質的分子量。

雖然前二種方法在現今的實驗室已經鮮少使用，但在化學史的介紹及公式的推導上，仍有其存在的價值。儘管此三種方法在使用上均有其共同的限制，必須在稀薄的溶液中方能適用。唯在實際的操作上，利用滲透壓法求非揮發性溶質的分子量，其準確度要比前二者高，本文分為（上）、（下）二篇，（上）篇試著經由滲透壓法公式的推導，讓讀者了解其使用上的限制，及其原因為何？（下）篇以實際的例子比較三者在實際測量溶質分子量時，何者較優。

環張力 (Ring Strain)
國立臺灣師範大學化學系碩士班一年級 翁于婷研究生

環烷類，具有「環張力」，因為分子的排列並不是平面的，環烷類的化合物其碳原子的混成是 $$sp^3$$，鍵和鍵最好的角度是 $$109.5^\circ$$，但不同的環烷類其鍵結的方式並不一定是最理想的角度，所以就有所謂的張力問題。

• 環張力 (ring strain) $$=$$ 扭轉張力 (torsional strain) $$+$$ 角張力 (angle strain)
• 非環狀化合物，就沒有環張力的問題。環張力 (ring strain) $$= 0$$

價殼層電子對互斥理論 (Valence Shell Electron Pair Repulsion,VSEPR)
臺灣師範大學化學系學士生 陳昱勝

一、簡介

價殼層電子排斥理論 (VSEPR) 是一個用來預測單一共價分子形狀的化學理論。透過計算中心原子的價電子數和配位數來預測出分子的幾何形狀。並利用路易士結構式來表示子中所有鍵和孤對電子的位置。

二、基礎理論：

1. 只有中心原子的價層電子才能夠對分子的形狀產生有意義的影響。
2. 一般而言，在分子或離子內的電子對會以電子對的方式存在分子或離子內。又電子間具斥力，所以，分子或離子內圍繞中心原子之電子對應盡量遠離，使電子對與電子對之間的斥力降至最低，而形成特定形狀。
3. 分子中的電子對分為未鍵結電子對（lone pair，簡稱 \(\mathrm{l.p.}\)）及鍵結電子對(bonding pair，\(\mathrm{b.p.}\))二種：
   (1) 未鍵結電子對：僅受一個原子核影響，電子雲佔較大的空間。
   (2) 鍵結電子對：二個原子核間的鍵結，電子雲呈橢圓形。
   (3) 電子對排斥力大小：\(\mathrm{l.p.}\)—\(\mathrm{l.p.}\) 斥力 \(>\) \(\mathrm{b.p.}\)—\(\mathrm{l.p.}\) 斥力 \(>\) \(\mathrm{b.p.}\)—\(\mathrm{b.p.}\)斥力。
4. 對於VSEPR理論而言，在一個多電子對（如：雙鍵或三鍵）被視為是一個「單一」的配對。

淺談電能儲存與液流電池(flow batteries)的最新發展
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

現代的社會高度倚賴能量，其中最大宗的能源來自於天然氣、石油、以及煤這些自然資源。大自然透過上千萬或億年孕育出這些資源，而人類卻在工業革命之後的這短短數百年，就已經將之消耗到產生資源耗竭的危機，這些資源的耗費隨伴產生的污染也同時增加了環境沈重的負荷。替代的核能，看似消耗的自然資源不多，但所產生的輻射污染物亦是燙手山芋，潛在的核安問題更是爭論的焦點。太陽能以人類的歷史時軸來看，可稱永續，但如何有效的進行能量轉換，仍須很多的研究。與水利和風力發電一般，這幾種型態的能源，堪稱靠天吃飯，另具有地域性和電力的不穩定性，對環境的影響也並非沒有爭議。

鉛毒性(lead toxicity)
國立臺灣師範大學化學研究所碩士生黃子霖

簡介：
鉛(Lead, Pb)，對身體機能會產生各種影響，對許多器官與組織，包含了心臟、骨骼、腸、腎以及生殖和神經系統是有毒害的。尤其會干擾神經系統的發展，造成潛在的學習與行為障礙，以此對兒童的影響特別大。症狀包含了腹痛、混亂、頭痛、貧血、煩躁不安，嚴重的情況下，抽搐、昏迷、並死亡。

鉛中毒的途徑包含了暴露於鉛汙染的空氣、水和土壤以及含鉛產品，例如油漆塗料，含鉛汽油。鉛中毒的診斷是由測量血液或尿液中的鉛含量。美國的疾病預防控制中心(The Centers for Disease Control)建立了血液中含鉛的標準，成人為25 µg/dl，而兒童為10 µg/dl。而鉛汙染的主要治療方式是去除鉛的來源以及螯合療法(使藥劑與鉛螯合，再使其排出體外)。

症狀：
鉛的毒性並沒有已知的安全標準，就算是血液中含量低於10 μg/dL，也是有可能會對人體造成慢性的傷害。現在的有機鉛中毒已經是很罕見的了，因為世界上大部分國家都淘汰了有機鉛化物做為汽油添加劑。有機鉛因為脂溶性高，其毒性比無機鉛強，主要的中毒症狀是中樞神經系統受損。其症狀產生可以是幾個星期到幾個月的少量慢性累積而成，也可以是短時間內高濃度的接觸，而產生的急性症狀。

急性鉛中毒主要的症狀是疼痛，肌肉無力，噁心，嘔吐，腹瀉和便秘，在短時間內吸收大量的鉛會引發休克，急性腎衰竭與溶血(紅血球的破裂)。而從急性鉛中毒康復的病患，經常會有持續的慢性中毒症狀。

慢性鉛中毒主要影響胃腸道，神經肌肉和神經系統。症狀包含喪失短期記憶，噁心，腹痛，四肢麻木和刺痛，睡眠問題，貧血，神經腦部病變以及牙齒產生伯頓線(Burton line)。

圓偏光二色光譜 (Circular Dichroism Spectrum)
臺北市立第一女子高級中學二年級黃昱嘉

旋光(Optical Rotation)

通常光源的方向是呈各種方向散射，經過濾鏡偏極化後則變為單一方向且波長連續的光波，稱線性偏振光(linear polarization)。當此平面偏極光通過具對掌特性分子後，會分成左旋和右旋兩道圓偏極光，由於對掌分子結構上的影響，而使得左旋與右旋圓偏極光在折射率上有所差異，因此在重合後會產生附加的相差，從而使得射出的合成線偏光在角度上產生偏轉，這種現象稱為旋光(optical rotation)。而偏振面旋轉的角度稱為旋光度。朝光源看，偏振面按順時針方向旋轉的稱為右旋；偏振面按逆時針方向旋轉的稱為左旋。

螯合(Chelation)
國立臺灣師範大學附屬高級中學化學科陳昭錦老師

螯合是一種金屬離子與陰離子或分子特定的結合方式，涉及單一中心原子與多牙配位基之間形成至少兩個以上的多重配位共價鍵。這類的配位基多半為有機化合物，稱為螯合基(chelants)或螯合劑(chelating agents)。在1920年Mogan & Drew最早使用”有螯的”(chelate)這個詞，衍生自龍蝦或甲殼類動物的大鉗，此名稱暗示多牙基像螃蟹一樣用兩隻大鉗緊緊夾住獵物般箝住中心原子，如此在結構上可形成一雜環，如圖一所示。

圖一：螯合物(取自http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/chelate.html)

自然界中的金屬螯合作用（Chelation in nature）
國立臺灣師範大學附屬高級中學化學科陳昭錦老師

就生物化學及微生物領域而言，所有的金屬酶其特徵均為金屬與肽或輔基螯合，像血紅素及葉綠素中的紫質環都屬於這類的螯合劑。細菌與其宿主都需吸收微量元素來維持生長，例如鐵是細菌許多必需酵素的輔酶，細菌須吸收它才能啟動這些酵素催化細菌所需的生化反應，以維持存活生長。細菌為了跟宿主競爭環境中少量的鐵，會合成及釋放一種低分子量、對鐵有高親和力的化合物，稱為螯鐵蛋白(Siderophore)。其中Enterobactin是目前已知最強的水溶性鐵離子螯合基，其結構如圖一所示。

圖一、 鐵螯合蛋白Enterobactin的結構