十大美麗化學實驗

【十大美麗化學實驗】卡文迪西由氣生水
國立臺灣大學化學系講師林雅凡

瓶中的卡文迪西先生。（插畫／HANa）

從希臘哲人亞里斯多德（Aristotle, 384-322 BC）以來，西方人有很長一段時間相信：物質世界由「土、火、空氣、水」這四種元素所組成。直到18世紀，人們在化學實驗上累積足夠的技能與分析方法後，方能推翻此一假設。

如果仔細觀察坊間礦泉水上的包裝，有的會標示「H₂O純水」，意味著水是由氫（H）和氧（O）所組成的化合物。這是否有點不可思議呢？氫和氧都是看不見摸不著的氣體，如何形成能碰能觀的水？ 這個問題的答案跟氫氣的發現有關。

第63届聯合國大會將2011年定爲「國際化學年」（International Year of Chemistry），以紀念化學取得的成就以及對人類文明的貢獻。為了慶祝這特別的一年，台灣大學科學教育發展中心與國立台灣科學教育館共同策劃了「十大美麗化學實驗」專題，介紹由英國皇家化學學會（Royal Society of Chemistry）選出的美麗化學實驗。

本次的專題橫跨三個世紀，且與近代歐洲化學家對世界的想像息息相關。從十七世紀海爾蒙特栽種柳樹，到十八世紀卡文迪西利用氫與氧合成水，再到十九世紀巴斯德發現酒石酸的旋光性。儘管海爾蒙特被後人稱為「既是英雄也是傻瓜」，卡文迪西也沒能真的發現氫氣，但他們的實驗與巴斯德並列，顯示了並非完美無缺才是美。或許我們可以這樣說：實驗之美在於實踐過程，凡曾誠摯追求真理，且能夠扮演承先啟後角色的，皆足膺美麗化學實驗之名。

【十大美麗化學實驗】專文01 關於美麗，也關於錯誤──淺談海爾蒙特和他的柳樹實驗
葉房蒲

海爾蒙特先生與他的柳樹（插畫：HANa）

十大美麗化學實驗－－巴斯德（Pasteur）分離鏡像異構物（Enantiomers）
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

巴斯德（Louis Pasteur，1822-1895，圖一）分離酒石酸鹽的鏡像異構物（enantiomers）榮膺史上最美麗的化學實驗，不過他最著名的實驗其實是用封口與不封口的鵝頸瓶（swan-neck flask）進行細菌培養，證明物體如果能與外在隔絕、或經過高溫處理，便不會腐敗，也不會自然孳生出任何生物，因而推翻「自然發生說」，對生物起源的理論有著重量級的影響。他一生對化學與微生物學貢獻良多，票選第一名的實驗便是他年僅25歲時的傑作。

圖一：巴斯德與他的實驗室

十大美麗化學實驗－－戴維 （Davy）利用電解（Electrolysis）分離元素
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

大自然最奇妙之處，莫過於僅用八十八種天然元素就組成了多采多姿的世界，而科學家終其一生只要發現一種元素就足以名留千古。所以在票選十大美麗化學實驗中，就有三項實驗是有關元素的發現（普利斯利、戴維、居禮夫婦）。談到元素的發現，若英國科學家戴維（Humphry Davy，1778-1829，圖一）說他是第二，絕對沒人敢說是第一。他發現了鹼金族的鈉（sodium，Na）、鉀（potassium，K），鹼土族的鎂（magnesium，Mg）、鈣（calcium，Ca）、鍶（strontium，Sr）、鋇（barium，Ba）；而氯（chlorine，Cl）和碘（iodine，I）的發現也與他的貢獻有關。除了元素發現，戴維對現代化學的理論建立也是貢獻良多，更別說戴維一生最大的發現：收一位摺報紙的學徒為助手，這位學徒就是我們現今尊稱的電學之父－－法拉第（Michael Faraday）。

圖一：戴維發現了鹼金族的鈉、鉀，鹼土族的鎂、鈣、鍶、鋇；而氯碘的發現也與他的貢獻有關。

十大美麗化學實驗－－費雪（Fischer）決定葡萄糖（Glucose）的立體結構
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

立體化學一般認為源自1848年巴斯德（Louis Pasteur）分離酒石酸鹽晶體，而後於1874年，凡特何夫（Jacobus Henricus van’t Hoff）和勒貝爾（Joseph Achille Le Bel ）才確立光學活性的來源：「若有四種不同的原子或基團排列在四面體的頂點，將會形成兩種異構物，而兩者互為鏡像關係。」(詳見 “十大美麗化學實驗－－巴斯德（Pasteur）分離鏡像異構物（Enantiomers）”一文)

圖一：掌性中心

十大美麗化學實驗－－巴特萊特（Bartlett）合成鈍氣（Noble Gas）化合物
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

學過週期表的人，一定都知道在整張表的最右邊有一行惰性氣體（noble gas），它們靜靜地躺在那裡，好似過著與世無爭的生活。不過科學家就是愛搞怪，越是乖寶寶的物質，越是要試看看它們能不能和活潑的物質反應，第一位挑戰者便是惰性氣體化學的老祖宗－－拉姆謝（William Ramsay，1904年諾貝爾化學獎，圖一)。

圖一：研究惰性氣體化學的老祖宗－－拉姆謝（William Ramsay，1904年諾貝爾化學獎)。

十大美麗化學實驗－－卜利士力（Priestley）發現氧氣（Oxygen）
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

圖一：卜利士力發現當他加熱氧化汞時，會產生一種氣體，並將其命名為「去燃素氣體」。

科學發現的剎那是怎麼出現的？教科書裡常見的說法是，把科學發現簡化為某個人在一次事件或實驗中就有的結果。也因此，針對發現的先後順序、獨立性往往都會造成爭執。氧氣的發現，就是一件涉及三人的歷史公案：英國人卜利士力（Joseph Priestley，1733-1804，圖一）、瑞典人舍勒（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786，圖二）、法國人拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743-1794） 。