[書評] 做自己與別人生命中的天使

這是因為服替代役期間出任管理幹部時，役政司要求要進行管理幹部訓練的替代役需要閱讀本書後寫心得報告才會有機會接觸這樣的書籍。

評：看起來很雞湯也確實很雞湯，但把握本書其中的精神或多或少也可勉勵自己成為一名更棒的人吧？

[高瞻自然科學教育資源平台] 酸鹼度計(pH Meter)

高雄市立新莊高級中學化學科歐惠郡老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

精確的氫離子濃度或所謂的 pH 值，必須用酸鹼度計，即 pH 儀(pH meter)進行測量。pH 儀的基本設備共分三個部份：參考電極(reference electrode)、薄膜指示電極(membrane indicator electrode)又名離子選擇電極及內電阻甚高的電位測定裝置(potential measuring device)。

因為無法測量絕對電位，而只能測量兩電位間的「差」值，所以需要用已知固定電位的半反應當作參考電極，來測量其它反應的相對電位值。標準氫電極是利用氫的還原半反應作電位的標準，但是它使用時必須維持一大氣壓的氫氣壓力、1 M 的氫離子濃度，而且氫氣又有易燃的危險性，使用與攜帶都不太便利，故多半改用甘汞電極(calomel electrode)或銀－氯化銀電極(silver /silver chloride electrode)代替。

甘汞電極的主體為長度 5 ~ 15 cm、直徑 0.5 ~ 1 cm 之玻璃管或塑膠管，內管裝有汞與甘汞，即氯化亞汞的糊狀物，外管盛裝氯化鉀溶液；內外管以小開口連通，外管底部封有多孔瓷片，和待測液連接。電極的電位會隨著氯化鉀溶液的濃度而改變，而飽和溶液最容易配製，故最常使用飽和氯化鉀溶液狀態下的甘汞電極，作為標準電極。

飽和甘汞電極（實際指氯化鉀達飽和）於 25℃ 時的電極電位約為 0.244 V。 它的半反應方程式為： 銀－氯化銀電極則是在銀線表面鍍上氯化銀，並浸入飽和氯化鉀的溶液中而得，25℃ 下對應於標準氫電極的電位約為 0.197 V，其構造與甘汞電極相差不大。 半反應方程式為： 薄膜指示電極依使用材質的不同，可以成為測量各種離子濃度的離子選擇電極。其中玻璃電極(glass electrode)是最適合測量氫離子濃度的薄膜指示電極；其本體為厚玻璃管，底端球狀的感測部位由對氫離子靈敏的特殊玻璃薄膜做成，球內灌入含飽和氯化銀的 0.1 M鹽酸溶液，銀線則插入溶液中，形成玻璃電極內部的銀－氯化銀參考電極。

使用時，將兩電極接上電位測定裝置的兩端，一起浸入待測液中，組合為電池。玻璃薄膜裡含有二價與三價的金屬離子，它們和矽酸鹽的結合非常緊密，故不能移動；但一價陽離子，如 Na⁺，所受的束縛較弱，故得以與待測液中之 H⁺ 互換。帶電離子 Na⁺ 與 H⁺ 的移動會形成電流，經由電位測定裝置測得其電壓，並藉由公式分析數據，即可顯示出待測液的 pH 值。亦即玻璃薄膜兩界面間氫離子濃度的差異，與該電池的電位大小相關。

以上的酸鹼度計，不受氧化劑、還原劑、蛋白質或氣體的干擾，即使在黏性稍大的溶液中，仍可操作；新式設計還把參考電極與玻璃電極合為一體，改良版的玻璃電極甚至可以吞入胃部以測量胃酸。就誤差而言，溶液pH＞9時，因為玻璃電極對氫離子與正一價陽離子均有感應，故易得到較低的讀數；於溶液 pH<0.5 時，誤差則會導致讀數偏高。使用時要避免電極脫水，以防止薄膜對 pH 的靈敏度降低；測量接近中性且缺乏緩衝能力的溶液時，耐心等待至平衡達成，使讀數穩定，亦可減少一些誤差。

就應用來說，改變薄膜的玻璃組成成份，即可測量其他一價陽離子的濃度；利用指示電極的電位測定，以 pH 值對加入試劑的體積作圖，則可得到中和反應的當量點，可用來計算弱酸和弱鹼的解離常數或解離度。 酸鹼度計中使用的電極，其示意圖如下：

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參考資料

1. 闕山仲、方嘉德、徐照程、陳秀珍編譯 (1993)，分析化學，藝軒出版社。
2. 田福助編著 (1991)，電化學理論與應用，新科技書局。
3. 賀孝雍、陶雨台譯著 (1989)，分析化學基本原理，曉園出版社。

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[高瞻自然科學教育資源平台] 不一樣的化學課－「會變魔術的奇妙杯子」(magic cups)

國立臺灣大學化學系陳竹亭教授責任編輯

【想一想】到底是什麼原因，讓這些杯子裡的液體，發生如此奇妙的顏色變化？

「化學」對於許多高中學生而言，是門既深奧又難以理解的學科；其中的化學符號、化學反應式，更讓人充滿了無盡的恐懼感！傳統的教學方式，是以知識灌輸為主，教師賣力的口述與板書，學生認真的聽講與紀錄，但師生之間似乎總是無法產生太多的共鳴！目前最新的教學策略「問題導向專題式教學(problem-based learning, PBL)」，強調觀察、探究、思考、應用等能力的訓練與運用，但是對教師而言，此種開放式的教學歷程，如果不能在實施過程中確實掌握每個環節，可能會使教學活動失焦，造成熱鬧有餘卻深度不足的結果；尤其自然學科的相關理論，錯綜複雜，更讓教師們有所疑慮而裹足不前。此外，PBL 課程在實施過程中，也讓人擔憂，會不會因為過於「開放」而在最後無法「收斂」？

基於此考量，「會變魔術的奇妙杯子」課程設計，決定由趣味中引起動機，利用杯子中溶液顏色的連續變化，觸動學生的好奇感，願意進一步作更深入的探究；並以：我也會設計「會變魔術的奇妙杯子」，為最後的教學目標，前後呼應。為了完成此目標，課程必須藉由幾種方式進行：

1. 教師講解相關概念，充實學生基本知識。
2. 學生進行簡單實驗操作，觀察、研判，進而探討思考各結果間的異同。
3. 將相關心得歸納整合，並配合教師作業，提出解決問題的方法。
4. 利用所提供的試藥進行實作，驗證自己思考結果的正確性。
5. 公開進行演示與講解，提高自我溝通表達的能力。

此課程所涉及的相關化學理論，包含酸鹼指示劑(acid-base indicator)的變色原理、酸鹼中和反應(acid-base neutralization)、氧化還原反應(reduction-oxidation reactions)，在化學學科的學習領域中，均是非常重要的單元。學生在設計「會變魔術的奇妙杯子」實驗時，必需確實融會貫通相關概念，才能舉一反三。課程實施的過程中，並沒有太多強記的要求，但學生在潛移默化下，卻早已將相關理論熟記在心，同時也發掘出自我對化學的喜愛！

本套課程合計有七份教案，共需實施 8 小時，教案內容包含完整的學生上課講義、教師手冊、或教師授課指引，以提供教師在教學過程中，充分掌握每個環節。但教師在實施過程中，仍然可以根據學生程度、授課時間等因素，就其內容再另行調整。

「問題導向專題式教學」的策略，跳脫往常的教學模式，對於教師而言，必需投注更多的心力才能有良好的教學成效，說句實話，真的很辛苦！但是，當設計的課程引起學生的學習興趣與潛能時，付出的一切也就都有其價值。筆者在教學時，曾多次進行此課程，學生不僅興趣盎然而且創意無限，這應該就是身為人師最大的滿足與喜悅了吧！

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[高瞻自然科學教育資源平台] 約翰‧道耳頓(John Dalton)

高雄市立高雄高級中學陳文靜老師

道耳頓出生於貴格會的家庭，是一個織布工的兒子。自幼聰穎過人，十五歲時，就和哥哥約拿單(Jonathan)一同管理一所坎得爾(Kendal)附近的貴格派信徒學校。1790 年時，道耳頓曾考慮唸法律或醫學，但是他的親戚並不鼓勵他去，因為當時英國大學排斥非英國國教的教徒到他們的大學任教，所以他仍留在坎得爾。直到 1793 年的春天，道耳頓搬到曼徹斯特，擔任新學院(New College)的數學和自然哲學教師。他是透過一位盲眼哲學家約翰高夫(John Gough)的推薦才到曼徹斯特這所清教徒學院任教的。高夫很博學，曾和道耳頓在山上架了一個天氣觀測站，非正式地教了道耳頓一些科學知識。道耳頓在曼徹斯特的學校教到 1800 年，學院財政惡化，才不得不辭去他的教職，開始在曼徹斯特做數學和自然哲學的私人教師。

道耳頓早期深受鷹田鎮(Eaglesfield)一位傑出的貴格派信徒魯賓遜(Elihu Robinson)的影響，魯賓遜是一位能幹的氣象學家和儀器製造者，啟發了道耳頓對數學和氣象學的興趣。在坎得爾期間，道耳頓在「紳士仕女日誌」(Gentlemen’s and Ladies’ Diaries)的刊物上曾就各種主題提供問題和解答。他從 1787 年起開始寫氣象日誌，持續 57 年之久，從未間斷。他一生共作了超過二十萬次的氣象觀測，最後一次的氣象紀錄是在他過世前一天做的。

道耳頓的第一件出版是 1793 年的「氣象觀測雜記」，書中已經有他後來重要發現的雛型想法。然而他的創見，當時並未引起其他學者的注意。道耳頓在 1801 年出版的第二本書是英國文法基要(Elements of English Grammar)。

在 1794 年，道耳頓到曼徹斯特後不久，就被選為曼徹斯特文學暨哲學學會，簡稱「文哲會」(Lit & Phil)的會員。幾週後，他發表了第一篇快訊論文「關於顏色視覺的異常現象」。他假設對顏色的視覺缺陷是由眼球液體媒介的色變所引起的。當時，視覺顏色缺陷的問題尚未受到正視，道耳頓以其自身的經驗為例，做了詳盡而有條不紊的研究，雖然其理論未獲認同，但是「道耳頓症」(Daltonism)已成為色盲的代名詞。1995年，他遺留保存的眼珠經過檢驗，道耳頓實際上屬於較不尋常的色盲，他缺少辨識中波長的錐體細胞，而不是感光細胞突變引起的尋常類型色盲。 除了藍色和紫色以外他只能辨識黃色，他在論文內敘述，「紅色影像對我而言，就像陰影或有瑕疵的光。對我而言，橙色、黃色和綠色，似乎是一種從亮黃到淡黃的顏色，或許，我該把它稱做不同濃淡色度的黃色。」

1800 年他擔任曼徹斯特文哲會的書記，隨後一年，他以「實驗論文」為題，口頭發表了一系列的重要論文，論及混合氣體的組成；在真空和空氣中的水蒸氣壓力或其他蒸氣在不同溫度的壓力；蒸發；氣體的熱膨脹等。1802 年，這四篇論文發表於文哲會的會刊。

在第二篇論文的起頭有這樣的敘述：「毋庸致疑，任何能壓縮膨脹的流體(elastic fluids)都可以被壓縮成液體，在低溫下施壓於未混合的氣體就可以萬無一失的做到。」在第四篇論文中，他說：「我們有足夠的理由推斷：同壓時彈性流體受熱會膨脹；且溫度越高時，和水銀的膨脹相比，空氣幾乎成比例地膨脹。這意味著，固定的熱量對彈性流體的影響比其他物質來得更明顯。」他闡述了給呂薩克定律及查理定律，1802 年由給呂薩克(Gay Lussac)發表。其後的兩、三年中發表的論文包括了有名的氣體分壓定律，現在又稱為道耳頓定律。

道耳頓最重要的研究當屬化學的原子理論(Atomic Theory)，原子論與道耳頓的名字已是密不可分。但是道耳頓究竟是如何蘊育出這個改變人類歷史的念頭呢。

湯姆生(Thomas Thomson)記述道耳頓的書中似乎認為道耳頓對原子的想法是來自對他人就乙烯或甲烷研究的結果，或是源自對一氧化二氮和二氧化氮的分析。不過根據在文哲會找到的道耳頓的實驗室筆記看來，道耳頓認為物質是由基本單位組成的純物理概念，應該是源於他自己提出的倍比定律(Law of multiple proportions)，這也正是驅使他探究大氣和其他氣體物理性質的原因。道耳頓在 1803 年 10 月 21 日發表對氣體吸收的論文時，已經提到他這個劃時代的想法。他在 1805 年發表的論文中說：「為什麼不認為水就像是巨集的氣體呢？我曾充分考慮這個問題，雖然我對自己被說服的狀況尚不全然滿意，問題取決於氣體都有具重量與數目的終極粒子。」

道耳頓之後的許多研究都集中在決定原子的原子量上。

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[高瞻自然科學教育資源平台] 天然矽酸鹽(Silicate)

高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師責任編輯

自然界存在的各種天然矽酸鹽礦物約占地殼質量的 95%，最重要的天然矽酸鹽是鋁矽酸鹽。矽酸鹽礦的複雜性在陰離子，陰離子的基本結構單元跟 SiO>sub>2 一樣是矽氧四面體。

矽氧四面體通過以下幾種方式組成了各種不同的矽酸根陰離子：

1. 單個的矽氧四面體，形成正矽酸鹽，矽氧為為 1：4，如橄欖石 Mg₂SiO₄。
2. 兩個矽氧四面體共用一個端頂氧原子，矽氧比為 2：7，例如鈧釔石Sc₂Si₂O₇。
3. 有限個矽氧四面體通過共用兩個端頂氧原子而形成的環狀結構，矽氧比為 1：3，例如藍錐石 BaTiSi₃O₉、綠柱石 Be₃Si₆O₁₈。
4. 無限個矽氧四面體通過共用兩個端頂氧原子而形成的單鏈狀結構(此類矽酸鹽具有纖維狀結構)，矽氧比例為 1：3，例如輝石CaMg(SiO₃)₂。
5. 如果上述的單鏈結構中，部分矽氧四面體通過第二個端頂原子與另一個單鏈中的部分矽氧四面體共用，則形成雙鏈狀結構，矽氧比為 4：11；例如角閃石石棉 Ca₂(HO)₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂、纖維蛇紋石 chrysotile, Mg₃Si₂O₅(OH)₄, Mg₆(OH)₆Si₄O₁₁∙H₂O。
6. 每個矽氧四面體共用三個端頂氧原子時，形成片層狀結構，矽氧比為 2：5，例如滑石 talc, Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂、白雲母 muscovite, KAl₂(AlSi₃O₁₀(OH)₂, Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂。
7. 每個矽氧四面體彼此共用四個端頂氧原子時，形成三維骨架狀結構，矽氧比為 1：2，在矽氧四面體中如果有鋁原子代替了矽原子，則這樣的礦物就是鋁矽酸鹽，例如正長石 KAlSi₃O₈、鈉沸石 Na₂(Al₂Si₃O₁₀)∙2H₂O、黏土 Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O等，都是鋁矽酸鹽。

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