這是一本科普書,不過是一本友善親切的科普書。作者本身是一位化學家、科學記者,更是德國有名的Youtuber,畢生志業是將化學用深入簡出的方式介紹給大家,讓大家認知到化學並非詰屈聱牙的學科,而是我們生活的種種。
在書中,作者從人一早起床、料理餐點等人人都會遇到的生活瑣事中帶出各種化學反應及案例,避開難以理解的專有名詞或一般研究者謹慎詳細的講述方式,改以朋友間的相處方式比擬化學粒子的特性等方式,將化學知識介紹給讀者。以下為擷取其中5個章節的重點摘要(以A~E區分):
A.氟有劇毒屬於腐蝕性氣體
空氣中只要出現了少量的氟,就會對人類的眼睛及肺臟造成傷害
氟的活性強,極其活潑,幾乎可以和所有元素結合形成化合物
經驗法則:
1.越容易且越迅速與其他物質產生化學反應的成分,往往越不受控制且越危險,這是化學成分具有毒性及危險的原因之一。
2.物質的活性越強存在於自然界的機會就越渺茫。e.g.我們在日常生活中接觸到的都是已經反應過的氟。無論元素本身的活性有多強,當他們與其他物質發生化合反應之後就會變得穩定。
氟+水=氟化氫 (氫氟酸、化骨水,比鹽酸強)
氫氟酸可製作鐵氟龍(平底鍋材質)
鐵氟龍為氟碳聚合物,相當穩定,除非是攝氏360度以上的高溫,否則無法破壞碳-氟化學鍵
*含氟牙膏及漱口水其實無法完全去除牙菌斑。其作用只是改變牙菌斑的內部狀態,讓細菌覺得不舒服
珐瑯質是牙齒的最外層組織,主要成分為氫氧磷灰石(某些天然牙膏會用此成分取代氟化物,理念是珐瑯質會受損,所以幫它補充一下,但無法在珐瑯質表面形成保護層,所以其實無法對付蛀牙)
糖分被細菌分解之後產生酸、柳橙汁等食物原本就含有酸性成分、咖啡也帶有微酸,這些酸性物質會以很緩慢的速度逐漸侵蝕珐瑯質,形成蛀牙
氟會生成單價負離子(陰離子),牙齒珐瑯質表面存在著一種被稱為氫氧離子或氫氧基的陰離子。刷牙時牙膏裡的氟化物轉化成帶負電且極小的氟離子,因此能進入珐瑯質之內取代會與酸性物質作用之負價氫氧基。經過這個取代過程之後,牙齒表面能夠形成一層超薄卻極其堅硬穩固的氟磷灰石層,就不用擔心酸性物質侵蝕了
(用含氟牙膏刷牙,讓氫氧基離開珐瑯質,氟離子進入珐瑯質之內形成堅固的氟磷灰石層)
除了氟化物之外,牙膏中還含有界面活性劑及拋光劑等;介面活性劑就是肥皂裡俗稱的起泡劑,拋光劑則像是磨砂膏裡的微細顆粒。借助這些成分即可清除牙口內之食物殘渣
有人擔心用含氟化物的牙膏可能導致大腦松果體鈣化,幾個氟離子即可在牙齒表面形成保護層,預防蛀牙,數量無須多,僅使用少量牙膏清潔局部,漱口時也會吐掉牙膏泡沫,氟化物攝入量並不高,故不會造成成年人中毒或喪命。
但因為幼童很喜歡吃牙膏,建議購買含氟量較低的兒童牙膏。長牙階段的小寶寶特別容易罹患所謂的氟斑牙。這是因為牙齒在發育階段曾經暴露在高濃度的氟化物當中,導致牙齒珐瑯質的形成受阻,而在牙齒表面出現白色斑點,嚴重時甚至會出現黃色或深咖啡色斑紋。
毒理學之父帕拉塞爾蘇斯:「萬物皆毒,無物不毒;毒之所以為毒,劑量使然。」
長期攝入過量的氟化物之後的確可能罹患所謂的氟骨症,導致骨骼及關節受到破壞。如鋼鐵工廠或陶瓷工廠工人、長期飲用受污染含氟量超標的自來水
B.天然手工皂就沒有化學合成嗎?
除了不使用豬油,改採天然椰子油、橄欖油或酪梨油等較具吸引力的油脂來源外,天然皂與傳統肥皂並無差異。廣告中常強調天然皂特別溫和、特別呵護肌膚,就化學的角度來看未必如此。
製作天然皂的過程裡一樣會有化學作用的參與。提煉酪梨油就需要化學反應,要皂化還需添加氫氧化鈉,最後才會形成酪梨天然皂
傳統肥皂與天然皂的洗淨力相同,傳統肥皂等介面活性劑通常含有烷基硫酸鹽成分,但其實常見的介面活性劑叫做12烷基聚氧乙醚硫酸鈉,是化學合成的介面活性劑,天然皂的粉絲們很討厭它。但其實其中的乙醚結構會讓介面活性劑變得比較溫和,因此適合當作化妝品成分。化學合成肥皂不一定就比較刺激,相反地在實驗室裡反而有辦法控制皂化過程,製作出平常不易生成的溫和型介面活性劑,如嬰兒洗髮精。在實驗室裡也可以製作很環保的介面活性劑,但社會大眾仍為化學添加物貼上負面標籤,作者稱之為化學歧視
C.軌道模型指出,電子環繞原子核運行的方式是遵守固定的距離繞行
化學元素的電子是由內向外分布,內層電子層被填滿之後,電子才會被分布至最外圍的一層,最外層的電子即價電子。帶負電的價電子離正價原子核越遠,原子核對價電子的引力就越小。
導致價電子不穩定的原因有二:
1. 與原子核距離遙遠
2. 外層電子層並未排滿電子e.g.僅剩一個空位或只有一個電子在價殼層裡,則此元素就顯得相當不穩定
幾乎所有主族元素都喜歡在外層電子層裡面擁有八個價電子,即所謂的八隅體原則(不滿8個時,原子間會互相共享或交換電子達到平衡穩定,使結構最外層達成全滿的軌域電子組態)
紅色:主族元素
黃色:過渡元素
綠色:非過渡元素
惰性氣體屬於化學元素週期表當中的第18族元素
最常聽說的兩種惰性氣體是氣球裡的氦氣以及霓虹燈裡的氖氣。之所以稱為惰性氣體,即是因為他們的結構非常穩定很難與其他元素反應。他們最外層電子層的電子已滿(已達成八隅體狀態),所以極少與其他元素一起進行化學反應。八隅體原則有時候又被稱為惰性氣體原則,亦即原子間的組合總是趨向於讓各種原子價層都轉變成與惰性氣體相同的電子排列,也就是所謂的惰性氣體結構。
其他同為氣體的氧氣O2、氮氣N2及氫氣H2乃是所謂的二聚體結構,惰性氣體卻喜歡獨來獨往,可單獨以單體monomer的心態自然存在
D.稀土元素(稀土金屬):這鑭系元素+鈧、釔
稀土金屬所以常被應用於環保綠能科技領域裡,但稀土礦的開採卻一點也不永續環保。地殼中的稀土金屬含量極高,尤其存在於礦床當中。但稀土礦的開採不僅費用高、耗能,且礦坑裡的工作條件很剝削。全球最大的稀土礦源集中於中國,中國甚至壟斷好幾種稀土礦石的生產。手機中充滿稀土元素,稀土金屬的價格水漲船高,但業者為了拉攏顧客以每年的舊機換新機服務誘惑顧客換手機,且手機多半被設計成不易修理,如遇電池老舊或螢幕裂開消費者傾向於購買新機,勢必會造成許多回收問題(如大量的塑膠垃圾、浪費稀土資源等),手機資源無法回收永續的問題值得大眾深思
手機螢幕並非一般的玻璃,大多數手機螢幕採用大猩猩玻璃材質,製作方式是先讓矽原子、鋁原子及氧原子共同作用形成3D立體結構的鋁矽酸鹽玻璃。然後再將鋁矽玻璃放入含鉀鹽的高溫浴槽當中。
製作大猩猩強化玻璃的過程裡應用了所謂的離子交換技術。將鋁矽玻璃放入高溫的鉀鹽浴槽之後,鹽浴槽裡面的正價鉀離子藉著高溫與粒子迅速的移動速度取代鈉離子的位置,鈉離子會離開玻璃,鉀離子則進入玻璃表面。降溫之後,胖胖的鉀離子卡在比他身材還小一號的縫隙裡,正因如此玻璃的材質變得更加耐壓、更加穩固,這才變成擁有註冊商標的大猩猩玻璃。
市面上常流傳一些手機充電建議,想充電前最好耗盡所有的電力或切記充電過久。這些充電守則適用於舊式的鎳氫電池或電視遙控器裡的鎳電池。為防止充電過度,電池結構的安全保護層就顯得格外的重要,高溫、電池外部受損、製造錯誤等原因,皆可能導致電池過度充電,再加上低燃點的電解質,手機簡直等同迷你爆裂物。
但鋰離子電池則不受以上所提限制,有些新型的電池電路板會自動停止電池過度充電。
John Goodenough教授協助發明了鋰離子電池,目前政治力研發更安全的鋰電池。新型研發亮點在於全固態電池技術,例如以玻璃態固態電解質取代原來的液態電解質型態,則就不必擔心手機可能會爆炸
溫度也是手機的致命因素之一。溫度越高,化學反應的速度越快;手機過熱,不僅會加速放電,電力消耗快,還會縮短電池壽命。說起鋰離子電池的壽命議題,建議大家最好隨身攜帶充電器,不要用到幾乎沒電才充,應讓電量隨時保持在游刃有餘的狀態。電池經年累月的操,一定會造成材質耗損,導致容量與功能衰退。所以請將電池電力維持在近乎飽滿的狀態,例如將筆記型電腦的電源線直接插在電源插座上,並且盡可能隨時幫手機充電。如果手機電量低,卻臨時無法充電,那麼寧可先關機,切忌繼續空轉耗電。
E.心理學有句名言:「所有的心理現象同時也是生理作用歷程。」
大腦的神經細胞(神經元)不斷和各種荷爾蒙交換訊息。神經元之間的訊息交流中心被稱為神經突觸。突觸與突觸間存在著非常細小的縫隙構造,成為突觸間隙。科學家認為神經元傳遞訊息的方式可分為化學模式與電流模式:
1. 化學模式:神經元A釋放神經傳導物質至突觸間隙,然後與B神經元突觸上面的神經傳導物質受體結合(像車子開進停車格)。當B受體接收到神經傳導物質A的訊息之後,就會傳遞出活化或抑制神經作用的訊號。
神經傳導物質的任務與荷爾蒙相同,都是所謂的信息素。至於成分則完全取決於其適當地點:(1)在神經突觸間隙裡面被釋放的信息素,被稱為神經傳導物質(2)在松果體或腎上腺等腺體當中被釋放出來的信息素,則被稱為荷爾蒙。
*血清素既是荷爾蒙又是神經傳導物質,白教日光有助於促進人體分泌血清素,血清素除了與幸福感有關之外,還能夠調節食欲、睡眠,並影響記憶的認知功能,血清素甚至是治療憂鬱症的主要成分
1970年代,科學家懷疑血液中血清數濃度過低可能是導致憂鬱症的原因之一,研究證實提高大腦內之血清素濃度有助於改善憂鬱症狀。雖然臨床的治療實務顯示,含有血清素成分的藥物的確有助於改善憂鬱,但這並不表示缺乏血清素會導致憂鬱症
血清素與憂鬱症之間的關聯相當錯綜複雜,迄今尚無定論。科學研究猶如瞎子摸象,科學家必須多方審慎觀察,以找出具有意義的全貌,並竭力接近事實。因為不論多麼仔細的觸摸,科學家仍然是盲眼之徒。
大腦神經元不僅有接收神經傳導物質的受體,也有接受咖啡因的受體(其實原本是腺苷的受體),只是因為咖啡因與腺苷這兩種分子的結構非常相似,使受體誤會。
一般情況下當越來越多的腺苷分子和手提崁合之後,人就會感到越來越疲倦。腺苷的累積和睡眠週期有關,它在人體內主要負責傳遞疲倦的訊號。人體能量消耗越多形成的腺苷應該也就越多。人體消耗能量尤其需要一種名為腺嘌呤核苷三磷酸的核苷酸,才可以呼吸思考或運動,越動態的活動,需要消耗的腺嘌呤核甘三磷酸(ATP)就越多。ATP是細胞內能量傳遞單元,負責儲存及傳遞化學能。經過化學反應之後ATP會失去三個磷酸基,而形成核苷。當越來越多的核苷與核苷受體崁合在一起的時候,人就覺得越來越疲倦。