國中理化課程,分成衣、食、住、行四個單元,編輯出與日常生活密切相關的物理、化學基本知識、原理,並適當加入新近發現的科學資訊,讓學生能善盡利用所學提高生活品質,強化日常工作效率,達到理化教學預期的目標。
高中的教育主要是在培養將來的社會菁英,透過性向、資質篩選確定其進入大學深造的科系。然而不管是理、工或法、商、政的人才,投入職場時,必須具備有一定程度的科學知識的機率非常高。因此在高一的通識課程中,基礎物理、化學以及生物均列為必修。這當中尤其生物、基礎化學,對於生活在現今社會中的人們更是重要。因為它能幫助你在閱讀健康養生書籍時,獲取更深入的心得效益。現在讓我來介紹高中一年級生,正在教授的基礎化學內容,藉以印證個人的見解。
基礎化學共分五個部門,第一章簡略介紹什麼是化學,化學的發展史及化學與生活。第二章則開始認知物質的結構,構成物質最小的粒子稱為『原子』。由無數個(約1023個)的相同原子,以『化學鍵』結合形成的巨大分子的物質有金屬、金剛石等,如金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、碳(C),而以固定數目原子相互結合成分子者,則有氧氣(O2)、氮氣(N2)、磷(P4)、硫(S8)碳-60(C60)等物質。物質中由『單一種原子』結合形成者稱為『元素』。
『註:化學鍵是原子間的結合力,有單鍵、雙鍵、叁鍵』
不同的原子結合(combined)成分子稱為化合物,如冰(H2O)、蔗糖(C12H22O11)、葡萄糖(C6H12O6)、酒精(C2H5OH)等。我們肉眼能看到的是由無數個(約1023個)分子聚集而成的物質。物質中僅含一種成分者(如僅含一種元素或僅含一種化合物)稱為純質。我們經常在電視廣告節目中,聽到許多被尊稱為生技、醫藥、營養專家、博士,提到從植物、動物萃取分離出來的一些養生、美容藥物產品,都將它所含的主要成分都說成『元素』,這會造成學校中,正在受教的學子產生嚴重的錯亂。正確的說法應該是結構相當複雜的化合物,這可能他們忘記了『元素』在化學上是代表有特殊意義的專有名詞罷!
物質的性質或是特殊功能,決定於化合物分子中原子間的鍵結、排列位置所形成的官能基(Functional group), 譬如三酸甘油酯的分子中有機酸部分的碳鏈(carbon chain)中含雙鍵(-CH=CH-)結構愈多者熔點愈低,即是所謂的不飽和三酸甘油酯,在血液中不易凝固,因此可使血液運行暢通。
第三章闡述早期化學家誤認為三大元素的水、大氣、土壤,它們是孕育地球上自然生態的重要資源。因世界人口遞增,生活品質提高,破壞自然生態造成嚴重的環境污染。本章主要的教育目標是灌輸人類要有保護自然生態的意識,讓水、大氣、土壤能受到妥善的照顧。
第四章是瞭解生活中的能源,石化能源中的煤,經乾餾可得煤氣、煤焦油(coal tar)及焦炭;煤焦油分餾的產物是重要的芳香烴化合物。早期也有用木材乾餾,得木煤氣、木焦油、木碳。從原油(Petroleum)分餾,可得液化石油氣(成分為丙烷、丁烷)、石油迷、汽油(主要成分是辛烷、庚烷)柴油、滑潤由、石蠟、柏油等產物。電化電池是利用氧化-還原反應的原理,將化學能轉化成電能的裝置。還原劑做為陽極(亦稱負極 「-」),氧化劑做為陰極(亦稱正極 「+」),電池運作時電子由「-」極流出,進入「+」極。地球上蘊藏的石化能源已被消耗殆盡,科學專家們致力研發替代能源,現在已逐漸被採用的有氫、氧燃料電池及太陽能電池。希望能在短時間內,進步發展改善所有缺點,並提高供電效能,為廣大各界接受採用。
第五章則介紹與生活密切相關的物質,首先認識食品化學中的六大營養:醣類、油脂、蛋白質、維生素、無機質、礦物質,除此之外尚有許多附屬食品如茶、咖啡等。衣料化學中分成兩類:天然纖維及合成纖維。天然纖維有植物纖維、動物纖維兩種,植物纖維是葡萄糖的聚合物;動物纖維則是蛋白質(Protein)是胺基酸的聚合物。合成纖維有兩類:聚醯胺(Polyamide)及聚酯(Polyester),聚醯胺的纖維絲質料堅韌,常混合天然纖維織成布料,聚酯的絲質較為柔韌適合與毛質絲料混合織成保暖的布料。
材料化學涵蓋較為寬廣,建築材料有水泥、磚塊、瓷磚、玻璃等,水泥是黏土與石灰石(CaCO3 碳酸鈣),以4:1的比例磨碎強熱到16000C結成熔塊,冷卻後加入石膏(CaSO4。2H2O)研磨成細粉而成(加入石膏的作用是在調節硬化時間)。磚塊是將粘土和細砂混合加水調勻製成坯,在窯中熱至850〜10000C製成。普通玻璃是將石灰石、二氧化矽(細砂SiO2)、碳酸鈉(Na2CO3),以適當比例混合強熱至13000C後冷卻製成。至於器具材料因科技發達突飛猛進,常被合成塑膠取而代之。合成塑膠有兩類,第一類是加成聚合物,其單元體為烯類及烯的衍生物,經加成聚合而成,如:聚乙烯(Poly ethylene簡稱P.E)、聚丙烯(Poly propylene簡稱P.P)、聚氯乙烯(Poly vinyl chloride簡稱P.V.C)、聚苯乙烯(Poly styrene),以及合成橡膠類的聚2-氯-丁二烯(Neoprene新平橡膠)。第二類是縮合聚合物,單體為二元酸、二元醇經縮合聚合成者屬聚酯類,單體為二元胺、二元酸經縮合聚合成者則屬於聚醯胺類。另有聚矽氧聚合物是以二烷基二羥基矽甲烷為單元體,經縮合聚合而成。烷基為甲基者俗稱為矽光油,常使用在化學實驗時,高溫加熱的油浴槽(Oil bath)中。烷基為甲基以外者如乙基、丙基等,經特殊處理,可用來當電的絕緣體、襯墊、封密劑(silicone 黏著劑)。
註:早期恆溫加熱裝置常用水浴槽(Water bath)、油浴槽(Oil bath)
醫藥化學一般常用藥品有胃藥、消炎藥及感冒藥。早期制酸劑使用碳酸氫鈉,現在則是改用氫氧化鋁(Al(OH)3)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)。消炎藥有磺胺類(Sulfa-drugs)及抗生素兩類。感冒藥早期用阿斯匹靈,因傷胃如今改用乙醯胺基酚或對乙醯胺基苯酚。至於流行在江湖人士及某些演藝人員的非法毒品,種類不勝枚舉,目前社會層次組織複雜,初入社會的男女年輕朋友,應多加小心切勿被誘惑、欺騙而沾染上癮。
我不厭其煩的介紹這麼多基礎化學的知識,就是希望現在已經踏入職場服務社會,尤其是當初選修的是文、法、政、商的朋友,能夠回味、鑑定在現今的時代潮流中,如果能略為擁有一些基礎科學常識的話,必然會得到更多的工作助力而獲得上司的讚賞!
化學上有一個很有趣、很特別「量」的單位,那就是『Mole』,中文讀成 摩爾』。1 mole在化學上是表示物質含有「6.02×1023 個粒子的量」,例如1 mole 水分子(H2O)即是6.02×1023 個水分子,而1 mole 水分子的重量即是水的分子量= 18 克。1mole 電子表示有6.02×1023 個電子的意思。
容積的單位在化學上常用升(liter簡寫 l)、毫升(mili-liter簡寫 ml)。電視上有不少廣告短片,在介紹液體商品時,所聘請的代言名人,經常將20 ml『二十毫升』讀成『二十 摩爾』,也就是將『ml』依自己的揣測誤讀為『摩爾』,會讓人覺得很納悶。正確讀法很單純,應該是二十 ”m“ 、“l”就對了,或是直接讀成二十毫升也可以了!以上是我個人的一些淺見,如有不妥之處,敬請不吝指教!
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