林襄廷

01物質的組成

物質的分類與分離
物質的本性是什麼？
從國小到國中所學的知識裡，你已經知道物質是由「原子」組成。但你知道嗎？物質本性與組成曾讓科學家思索好長一段時間，最早可追溯至西元前400 年左右，留基伯 （Leucippus） 與他的學生德謨克里特 （Democritus）觀察生活中的自然現象，以哲學思辨的方式，提出抽象化的理論。爾後，亞里斯多德提出四元素論，波以耳、拉瓦節、道耳頓等人藉以進一步發展出「原子」的概念，是為最早期的化學家。
化學家利用不同物質的物理及化學性質， 將物質區分為純物質（pure substances） 與混合物（mixture）； 純物質又分為元素（element） 與化合物（compound）；依混合物組成是否同一相，分成均勻混合物和非均勻混合物。
　
物理、化學變化與性質
物質組成時有兩種方式：物理性的混合，或化學變化，分別會影響物質的性質，所以我們必須透過物質組成的方式，認識物質的物理及化學性質。物理變化和化學變化最大的差異在於：化學變化涉及原子的重新排列，進而產生新物質，而非依據反應的可逆性與否來分別。例如：國中所學的二氧化氮轉變為四氧化二氮反應，很容易由氣體顏色變化觀察到有新物質產生，然而，如同其他大多數化學反應一樣，這個化學反應是可逆的。
若要辨認許多生活中常見的例子是屬於化學或物理變化，只要把握「化學變化會產生新物質」，這類型的題目便能夠迎刃而解。例如冷媒作用（物理變化）、人造雨（物理變化）、發光蕈或螢火蟲發光（化學變化）、水泥凝固（化學變化）。另外，藉由化學或物理變化觀察得來的性質，稱為化學或物理性質。

物質的分離方法
科學家為了想知道物質的本質，利用物質的物理和化學性質，發展出許多種物質分離的方法。如物理方法：蒸餾、分餾、結晶、萃取、過濾。化學方法：電解、燃燒、沉澱。
以下針對萃取、蒸餾和薄層層析等三種方法進一步說明，但要注意，混合物經過分離後，不一定會得到純物質。
（一）萃取
不同溶劑萃取效果不同，若使用揮發性高的溶劑，可提高萃取濃度。
（二）蒸餾
實驗時應注意以下幾點：
1. 沸點低的物質會先汽化，再冷凝於收集瓶內。蒸餾瓶內會殘留沸點高的物質。
2. 藉由溫度計測量物質沸點，故溫度計末端需置於蒸餾瓶分叉口處。
3. 冷水由冷凝器下方進入，冷卻後，冷凝器中冷水溫度上升，由冷凝器上方流出。
4. 利用沸石或攪拌子使溶液均勻受熱，避免突沸。
（三）薄層層析
實驗時應注意以下幾點：
1. 請以鉛筆畫橫線，若使用其他筆將影響實驗成果。
2. 色筆試樣點越小，越可避免試樣重疊，分離效果就越好。
3. 避免溶劑（展開液）蒸發，燒杯需蓋上培養皿。
4. 色筆試樣點必須高於展開液，避免色筆溶入展開液中。

物質的狀態
提到物質的狀態，你可能會立即想到物質三態– 固態（solid, s）、液態（liquid, l）、氣態（gas, g）。這三態會在不同的溫度和壓力形成；物質也不一定只有三態。
我們以微觀粒子模型說明物質狀態間的差異，固態粒子間有較強的引力。而當溫度提高，粒子能量及移動速率增加，粒子便可自由移動，粒子間距離增加，成為液體。若溫度再升高，則再成為氣體。反之，溫度降低時，氣體粒子的運動速率和能量減少；
或是壓力增加，則使氣體粒子間距離變小。所以低溫高壓時，氣體粒子可能會彼此吸引而形成液體。

跨領域素養 動態均衡
在化學課中，我們學到物質有三態：固態、液態、氣態，再加上超臨界流體。在物理課裡，我們學到還有一個「電漿態」：在高溫或強電磁場裡，物質的正負電荷會分離，成為一種離子化的氣體，所以又稱為「等離子態」。說明物質狀態的相圖，也是學測裡常出的熱門題目。因此，同學常會有一個誤解或疑惑：在特定溫度和壓力下， 物質是否只會有一個狀態？舉例而言，我們可不可以說：在日常生活（常溫常壓）中， 水是液態；如果在冰箱冷凍櫃中，水會凝結成冰，所以它是固態？
這句話可以說「半對半錯」，或者說「答案要看你從那個觀點來觀察」。以佛家的說法就是「非有非非有」，不是「非黑即白」式的區分法—
怎麼說呢？從「巨觀」的角度來說，水是液態、冰是固態，絕對沒問題。但是從「微觀」的角度來說，就不是那一回事了。
我們必須回顧一下曾經學過的「動態平衡」觀念。以微觀的角度來看，如果拿個（想像中的）顯微鏡來觀察常溫常壓下的水，你應該會發現，有些水分子正在汽化（脫離分子間作用力的拘束），從液態變成氣態；同一時間，也有些水分子正在液化（被分子間作用力捕捉），從氣態變成液態。也就是說，氣液兩態同時共存。只不過，汽化的數量與液化的數量相當，達到動態的平衡。因此，拿掉顯微鏡大致可以說，常溫常壓時，水是液態。

06生活中的化學
6-1　生物體中的分子與化學大小事
化學與我們的生活息息相關。它除了是一門基礎自然科學外，在生活、醫藥、科技、環境與能源⋯⋯等各方面的應用都十分重要，尤其是與生物體有關的化學。生物體內就像是一個大型的化學工廠，隨時都有化學反應在發生與終止。如此精巧的化學平衡，讓生物體展現多采多姿的生命現象。人體就像是一部不斷維持著「動態平衡」的精密機器，一直嘗試著以最佳效率的模式運作著。藉由飲食等方式，攝入具有較高能量的物質「食物」，藉由體內的酵素系統及相對少量的能量貨幣如ATP，將大分子的化學物質拆解後，進行回收或重新組合。食物中的分子及能量轉換成為讓身體可以利用的形式，以及產生更多的能量ATP，讓生物體維持生命現象並保持健康。

氨基酸與蛋白質
常見的氨基酸約有20 種，可以分極性、非極性、帶有電荷及具有環狀結構等類型。就像班上同學中，有人比較活潑外向（極性），有的比較內向害羞（非極性），有些具有強烈的個人特質（帶電荷），有些體型較為壯碩（具有環狀結構）一樣。氨基酸之間以胜肽鏈互相連接並經過折疊後，就形成有功能的蛋白質。由於蛋白質由20種不同的氨基酸所組成，就像是擁有20 個字母，且長度可長達數百字母的文字串，造就了蛋白質千變萬化的種類與特性。

01物質的組成

物質的分類與分離
物質的本性是什麼？
從國小到國中所學的知識裡，你已經知道物質是由「原子」組成。但你知道嗎？物質本性與組成曾讓科學家思索好長一段時間，最早可追溯至西元前400 年左右，留基伯 （Leucippus） 與他的學生德謨克里特 （Democritus）觀察生活中的自然現象，以哲學思辨的方式，提出抽象化的理論。爾後，亞里斯多德提出四元素論，波以耳、拉瓦節、道耳頓等人藉以進一步發展出「原子」的概念，是為最早期的化學家。
化學家利用不同物質的物理及化學性質， 將物質區分為純物質（pure substances） 與混合...

01物質的組成
1-1 物質的分類與分離
1-2 基本定律與原子說

02 物質的形成
2-1 原子的結構與元素週期表
2-2 化學鍵

03物質間的反應
3-1 化學式
3-2 化學反應的原理
3-3 化學計量
3-4 化學反應熱

04溶液
4-1 溶液的種類與特性
4-2 水溶液的濃度
4-3 溶解度

05化學反應
5-1 氧化還原反應
5-2 水溶液的酸鹼反應

06 生活中的化學
6-1 生物體中的分子與化學大小事
6-2 藥物與界面活性劑
6-3 環境與化學

01物質的組成
1-1 物質的分類與分離
1-2 基本定律與原子說

02 物質的形成
2-1 原子的結構與元素週期表
2-2 化學鍵

03物質間的反應
3-1 化學式
3-2 化學反應的原理
3-3 化學計量
3-4 化學反應熱

04溶液
4-1 溶液的種類與特性
4-2 水溶液的濃度
4-3 溶解度

05化學反應
5-1 氧化還原反應
5-2 水溶液的酸鹼反應

06 生活中的化學
6-1 生物體中的分子與化學大小事
6-2 藥物與界面活性劑
6-3 環境與化學