反應式、化學反應式平衡、化學動力學、催化反應
形式電荷 (Formal Charge)
國立臺灣師範大學化學系三年級林宥辰
很多的分子和多電子離子常有不同路易士結構(Lewis structure)形式，例如硫酸根離子有一個全為單鍵的路易士結構，和多個含有雙鍵的路易士結構，然而我們應該如何決定，何種結構形式為最接近真實情況的表示呢？
其中一種方法為，利用氧化數判定，但通常我們判斷氧化數的價態分布，是把共用電子對之電子都歸類為電負度較大的原子所擁有，但事實上這樣會過度估計了價數。換句話說，雖然氧化數在氧化還原反應中很實用，但它卻在估計分子中原子的個別價數上較不恰當，所以氧化數並不適合用來判斷恰當的路易士結構。
所以，我們引入了另一種更適合判斷路易士結構之恰當性的方法──形式電荷。
首先，我們需要瞭解形式電荷不同的兩個概念：
1.分子中，中性原子的價電子數
2.分子中鍵結原子的價電子數
反位效應（Trans effect）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師
反位效應的發現應歸功於車雅夫（I. I. Chernyaev），他在1926年體認到有此效應，並為之命名。在無機化學中，反位效應是指對特定配位基而言，處於反位的配位有不穩化（labilization）的現象，因此這些特定配位基可視為反位導向配位基。這種效應歸因於電子效應，其中最著名的是發生於平面四邊形的錯合物，然而過渡金屬的八面體錯合物也常見這種效應。除了此種動力學上的反位效應外，反位配位基也會對分子的基態造成影響，其中最著名的是其對鍵長與穩定度的影響。對於後者，有些學者喜歡用反位影響一詞，以與動力學上的效應區隔，然而其他學者喜歡用結構反位影響或熱力學反位效應等更為專用的名詞。
動力學的反位效應
反位效應（以提升反位配位基的取代率為衡量標準）的強度依下列順序漸增：
F−, H2O, OH− < NH3 < py （吡啶）< Cl− < Br− < I−, SCN−, NO2−, SC(NH2)2, Ph−（苯基）< SO32− < PR3（膦）, AsR3（胂）, SR2（硫醚）, CH3− < H−, NO, CO, CN−, C2H4
反位效應的經典例證即為順鉑的合成。以PtCl42−為原料，第一個NH3配位基隨機加到四個相等位置的任何一個，但是因為Cl−的反位效應比NH3強，所以第二個NH3加到第一個氨的順位，如圖1。
圖1以PtCl42−為原料，可合成順鉑
反過來說，如果以Pt(NH3)42+為原料，就會得到反位產物，如圖2：
圖2以Pt(NH3)42+為原料，會合成反鉑
平面四邊形錯合物的反位效應可以用經由 加成／脫去 的反應機構解釋，反應機構中涉及雙三角錐的中間產物。具有高反位效應的配位基通常有高π酸性（以空的π軌域接受來自金屬的d軌域電子，如膦），或低配位基孤對-dπ排斥（如H–），這類配位基在中間產物中通常喜歡佔據在有較強π鹼性的赤道位置。因為這個位置有兩個配位基可提供電子對，反之如果在軸線位置的話只有一個配位基可提供電子對。第二個赤道位置是由正要進來的配位基佔據；由於微觀可逆性原理（principle of microscopic reversibility），正要離去的配位基一定也是由赤道位置離去。動力學上最有利的結果就是位於最大反位效應配位基的反位配位基將會脫去，形成最後的產物，如圖3。
圖3 平面四邊形反應效應之反應機構
結構反位效應
結構反位效應可以利用X-光結晶學（X -ray crystallography）實驗測量，可觀察到位於具反位影響力配位基之反位的配位基與金屬之間化學鍵會伸長（即減弱）。像H–這種強力反位影響力的配位基可以造成達0.2Å的伸長量。也可以觀察到順位影響，但較反位影響小。順位與反位影響的相對重要性取決於中心金屬原子的電子組態，也可用原子的軌域解釋。
原子彈(Fission bomb)
國立臺灣師範大學化學研究所碩士班二年級黃子霖
原子彈(fission bomb; atomic bomb)，這邊是指利用核分裂原理製成的核武器，也是最早發明出來的核武器。意指一個爆炸裝置能引發核分裂反應而從極小的物質產生極大的能量。世界上第一個原子彈試爆所產生的能量約等於20,000噸重的TNT炸藥的能量。[1]
西元1938年，德國科學家漢因(Otto Hahn)和舒特拉斯曼(Fritz Strassmann)發現了核分裂現象。西元1939年，愛因斯坦與其他科學家一同致信說福美國總統羅斯福發展核武器。1942年成立「曼哈頓計劃」。由人稱原子彈之父的奧本海默(J. Robert Oppenheimer)主持。西元1945年，人類歷史上的第一枚原子彈在新墨西哥州試爆。同年美國在日本投下兩顆原子彈，結束第二次世界大戰。
原理:
其爆炸能量輸出，是完全由核分裂所得到。通常用可裂變的鈾-235(Uranium)和鈽-239(Plutonium)為原料。當一個自由中子撞擊裂變原子的原子核，像鈾-235，鈾分裂成兩個較小的原子裂變碎片，再加上更多的中子。裂變可以持續放大，因為它會產生更多的中子引起新的裂變。鈾-235的原子核可以有數十種的分裂方式，下面是其中之一，得到鍶-95和氙-139和兩個中子以及能量。[2]
235U ＋ ｎ → 95Sr ＋ 139Xe ＋ 2ｎ ＋ 180 MeV
催化劑 (Catalyst)
國立臺灣大學化學系學士生陳佳翰/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
催化劑(Catalyst)又稱觸媒，是一種以改變反應途徑的方式來影響反應活化能，藉以增快或減慢化學反應，但反應前後卻質量不變的物質。例如：某催化 劑A能降低反應活化能30 kJ/mol，則根據阿瑞尼亞士方程計算，在體溫37℃(310 K)下，反應速率約增快113540倍。
催化劑可分為三大類：
1. 均相觸媒或勻相觸媒(homogeneous catalyst)。此類催化劑與反應系統同一相態如液相或氣相，觸媒和反應物能均勻混合，因此在催化過程中並沒有受到觸媒與反應物接觸表面積大小的限 制。常見的酸催化酯化反應(acid-catalyzed esterification)即為在有機酸溶液中添加些許硫酸作為催化劑，使得羧酸基團(C(=O)(OH))上C=O的氧原子被質子(H+)活化形成活化錯合體(activated complex)，醇的氧原子攻擊此活化錯合體中帶部份正電的碳原子，得到反應中間體(intermediate)，最後脫去一分子水得到酯類(圖一)。
圖一、酸催化酯化反應的反應機構(reaction mechanism)。
活化能 (Activation Energy)
國立臺灣大學化學系學士生丁柏傑/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
活化能(Activation Energy)，讓化學反應發生所需的最低能量。活化能的大小等於反應活化障壁(Activation barrier)的高度，為一實驗參數，用來描述反應速率和溫度的關係。
氫氣在空氣中點火，會立即劇烈燃燒；但是鐵椅子生鏽，卻不是一天兩天就能發生的事情。由此可以了解，不同的化學反應具有不同的反應速率，而化學家便以速率定律式(Rate law)來描述化學反應速率的大小。以速率定律式的形式為：
rate=k [A]m[B]n
其中，[A] 和 [B] 為反應物的濃度，而上頭的指數項m與n，則描述了速率隨濃度的變化程度，須藉由實驗來量測。速率定律式中的k值，稱為反應速率常數(rate constant)，k值越大代表反應速率越快。影響速率常數k值的因素有很多，如：反應系統的溫度、反應物之間碰撞的頻率，以及本文所要介紹的活化能等 等。
活化能這個名詞，最早是在1889年，由瑞典化學家阿瑞尼士(Svante Arrhenius)所提出。一個化學反應要發生，首要條件就是分子之間的碰撞；然而，並非所有的碰撞皆能促使反應進行。唯有擁有足夠能量的反應物分子進 行碰撞，使得分子內原子與原子的鍵結斷裂、重新組合後，化學反應才會發生。故讓反應進行所需的最低能量稱為活化能。
活化能，可以被想像成反應物與產物分別處於自己的最低能量狀態時，彼此間進行互相轉換的能量障礙(Energy barrier)；如果無法越過這個障礙，反應便無法發生。（圖一）而反應的速率，也取決於能越過這個能量障礙的分子數目；這樣的分子數越多，反應速率也 就越快。
圖一、反應 A + B →C+D 的Ea示意圖。
【高瞻特輯-化學催化反應】如何增進催化劑活性(Catalyst Activity)
日本早稻田大學室井髙城(Muroi Takashiro)教授撰寫/ 麻省理工學院材料系李祐慈博士責任編輯
【本系列文章譯自日本報導】
對化學家和化學工程師而言，發展出超高效率的催化劑正是他們最大的夢想。這個願望短期內恐怕仍無法實現，但至少現在我們已經掌握了許多資料，知道如何增進催化劑的活性。一步一步來，我們正朝著化學家的夢想邁進。
圖一：催化劑載體的形狀
金屬顆粒尺寸 (Metal Particle Size)
固態金屬催化反應中，化學反應是在奈米尺度的金屬表面進行。金屬顆粒越小，分散度越高，活性越大。市售鈀‧碳或鉑‧碳複合的催化劑顆粒尺寸約是直徑二至四奈米左右，亦即每個顆粒是由兩百到五百個原子聚集而成。我們的目標是合成出只由十三個原子立方最密堆積而成的最小顆粒。要達到這個目標，選擇恰當的金屬鹽類或金屬錯合物，以及找出最好的還原實驗條件是很重要的。一般而言，在液態氧化反應中，催化劑大小在十奈米左右活性最好。
活化錯合物(Activated Complex)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
活化錯合物(Activated Complex) 用來描述一個化學反應裡，反應物轉變成產物過程中，原子重組的過渡狀態化合物，活化錯合物極不穩定，可以進一步分解成產物，也可能在能量不足的狀態下回復成生成物。
分子要進行化學反應，首先分子必須要有足夠發生反應的能量，發生反應的臨界能量稱為活化能(Activation energy, Ea)，通常只有部份的分子的能量大於活化能可以進行反應。在過渡態理論(transition state theory)，反應物分子碰撞達到活化能時形成「活化錯合物」。 此外，由於活化錯合物能量靠近活化能，顯示無論是吸熱反應還是放熱反應都需要吸收能量才能形成。活化錯合物的生存時間非常短，以10-12秒(picoseconds)計，從前活化錯合物是無法偵測的，但是現在科學家已經找到方法，利用10-15秒(femtosecond)的脈衝雷射(pulsed laser)光來觀察活化錯合物。透過研究活化錯合物，可以了解反應機制(Mechanism)和反應能量變化。
溫度對反應速率的影響 (The Effect of Temperature on Reaction Rate)
國立林口高級中學化學科林明祥老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
東西吃不完怎辦？放到冰箱去避免食物腐敗；鎂帶放到加了酚酞的熱水裡，一下子鎂帶就冒泡且溶液變成桃紅色。兩者表面上看起來是完全沒有關係的事，實際上他們卻傳達了一個相同的概念：溫度影響了反應速率。十九世紀末瑞典化學家阿瑞尼士(Svante Arrhenius, 1859-1927)探討溫度與反應速率的關係，發現速率常數k(rate constant)的自然對數和絕對溫度T的倒數呈正比，又稱為「阿瑞尼士行為 (Arrhenius behavior)」。
ln k = b (1/T) + a (a, b 常數)
上式積分得k=
A為頻率因子(frequency factor)和碰撞頻率與位相有關；Ea為反應活化能(activation energy)。
