臺灣化學教育

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示：

系列活動介紹(二)

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所
[email protected]

• IYPT in Taiwan 特展

為慶祝俄國化學家門得列夫(Dmitri I. Mendeleev)於1869年發表元素週期表150年，聯合國宣布2019年為國際化學元素週期表年(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT)。臺灣為參與這項國際性的活動，在科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局指導，由國立臺灣師範大學(以下簡稱臺師大)、中國化學會(以下簡稱化學會)以及國立臺灣科學教育館共同主辦《2019國際化學元素週期表年特展–在臺灣》，從2019年6月1日起至8月26日共展出為期近三個月的特展，觀展人有來自世界各地的人士與師生，參觀人數約32000人，盛況空前。該特展的主要展品在《臺灣化學教育》電子期刊五月號有做詳盡的介紹，如元素方塊週期表、光雕投影、化學元素大事記、化學元素海報、視障者點字元素週期表、女性科學家與週期表、稀缺元素週期表、中學生眼中的週期表、元素文學小品、元素郵票展、擴增實境(AR)和虛擬實境(VR)等。展覽開幕式影片可於網站觀賞(網址為:
https://www.youtube.com/watch?v=ezPktr1vj9k)。

此次特展因受到廣大觀眾的喜愛和各博物館的支持與青睞，共同以秉持服務更多民眾的初衷，此特展於八月底開始在臺中自然科學博物館(科博館)、基隆海洋科技博物館(海科館)、高雄科學工藝博物館(科工館)陸續展出，同時海洋生物博物館(海生館)已預約明年起做一整年的IYPT元素週期表特展，這實在是令人興奮的接力賽。各館的主要內容將於本期刊分別介紹。

臺師大和化學會在科教館的特展影片獲得國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)諾貝爾競賽獎(NobeliumContest Award)(見圖一)，令人深感榮幸與欣慰!

圖一: IUPAC諾貝爾競賽獎(Nobelium Contest Award)

以下針對IYPT in Taiwan特展擇要介紹如下:

主視覺此主視覺(見圖二)要表達的意向如下:
左下角為本活動LOGO，其中H(1)和Og(118)代表週期表全部有118個元素，同時還有門得列夫Md(101)。正上方以大螢幕呈現門得列夫頭像、簡介其生平以及元素符號；其下方的展示櫃呈現元素的原子結構和物質的三態；在中間最前方則是以展示櫃呈現元素的應用面，每個展示櫃上方的英文字樣分別代表半導體、光電、食品與醫療領域。而右邊的圖案則是呈現綠色化學與環境共存的生態小島。活動的吉祥物以帝雉為代表(圖二右)，是因其為世界瀕危鳥類，取其意企盼大眾珍惜元素。這兩項設計皆由楊宇辰小姐與工作團隊討論後所設計的成品，深獲觀展者喜愛。

圖二: IUPAC主視覺(左)與吉祥物(右)

元素方塊  元素方塊的概念一共製作三款，大方塊(圖三-a)、中方塊(圖三-b)和小方塊(圖三-c)。方塊每面分別展示該元素之原子序、原子量、化學性質、重要實驗及與該元素相關之科學史、生活、科技等資訊。大方塊在展場以公共藝術的方式呈現、中方塊設計是可以讓參觀者取出觀看各面的設計、小方塊是以A4大小的紙張製作，供辦理活動使用。這五面當中原子量、原子序和週期表的設計是由淡江大學王文竹教授負責帶領學生製作的、四面的實驗、科學史等是由來自各大學教授或各中學教師選擇自己感興趣的元素設計的。的六面則是中徐生繪製的元素圖。此項成品準備期較長，所耗人力和經費有較多，然內容相當豐富，值得反覆品味。

圖三: 大方塊(a)、中方塊(b)、和小方塊(c:左為牟中原院士、右為觀展人)

魔方118此光雕設計特邀請國際知名3D動畫劉育樹導演為國際化學元素週期表年慶祝活動精心設計具中國風的週期表影片。樹導表示，「此光雕投影將元素週期表結合中國風，以呈現獨特的東方風格，其中尤以傳統臺灣特色為主。影片內使用了大量東方元素來結合西方的元素週期表：以風水羅盤的圓形排法替換週期表的矩型排法，除了以圓象徵人類生存之地球，更代表著週期表中的所有元素皆是存在於這個圓中──即地球上。…影片中將週期表元素的英文字替換成中文字呈現，其用意在於將熟悉的西方週期表以東方詮釋，表達東方對於化學界亦有所貢獻…影片中亦列舉人類生活中的重要元素，讓人們認識到生活周遭其實有很多物品都和化學元素有關。此外，透過象棋作為化學元素的象徵物，把虛幻的化學元素實體轉化為熟悉的象棋棋子，讓大眾對於艱澀的化學多了一分親切感…並以真實的對弈，結合金屬與非金屬之間的對戰而進行化學反應。…最後一個東方元素是廟宇的籤筒，用來呈現傳統臺灣風格的週期表。以矩形週期表旋轉收進籤筒，再度使用圓作為世界的概念，而所有的元素繞著圓旋轉，與開頭的圓互相呼應，串聯整部影片並以東方風格收尾。」

 圖三: 大方塊(a)、中方塊(b)、和小方塊(c:左為牟中原院士、右為觀展人)

元素大事記是由國立臺北教育大學周金城教授設計將118個元素在時間軸上記錄下偉大科學家努力的成果(見圖五)。

圖五: 周金城教授的元素大事記

多樣的週期表在展區中還展現各式各樣的週期表，其中包括視障者點字週期表由彰化師範大學楊水平教授設計(請參看本專刊楊教授一文)、歐洲元素週期表(簡介請參看本專刊邱美虹教授一文)、最古老的較是用週期表掛圖和女性科學家與週期表(見臺灣化學教育2019年五月號)、國外週期表公共藝術裝置及元素中文命名法則等等(見圖六)，展現週期表的多元性與功能性。

中學生繪製的元素週期表  這幅充滿中學生想像力的元素週期表，由本文作者發想，結合中學教師和學生的力量完成的，感謝臺北市立大直高中林欣美老師、曾茂仁老師，新北市立三重高中張怡婷老師、李雁婷老師，國立臺灣師範大學附屬高級中學吉佛慈老師，及新北市立新北高級中學鍾曉蘭老師帶領學生以充滿科學與藝術的方式完成118幅元素繪圖週期表。這些以學生的角度來觀看118個化學元素，並以藝術的形式描繪元素在生活中的角色，合力創作而成的繪圖週期表，實為國內首創。101元素鍆則是由台北市立大直高級中學陳品蓉所繪，她指出鍆的命名是為了紀念門得列夫對於週期表的貢獻，同時使用機器人造型表示為人造元素，並在臉部以M為眼鏡，d為耳機的組合成為Md的縮寫，在胸前淡藍色的字跡即為門德烈夫當時週期表的排列方式，左肩的輻射符號亦表示該元素具有放射線（見圖七右）。

元素、郵票與文學　　為了展現是人對門得列夫與對週期表有貢獻的科學家，展場有一區是展現世界各國的紀念郵票、臺灣十大建設與化學元素的關係、以及文學中與化學元素的相關的作品，以展現化學元素無所不在。郵票是世界各國向門得列夫等科學家致敬；中鋼、中船等建設的郵票以及青花瓷和唐三彩在顯示元素的應用；而與元素相關之詩集、箴言，點出元素與文學的距離並不如想像中遙遠，由於這一區的設計取材非常寬廣，展現親民的一面，受觀展者的喜好（見圖八）。

除此之外，我們也展出11張美國化學會所製作的海報，充分顯示化學元素在人類文明、歷史、文化、科技、建築上所扮演的角色。同時也彰顯女性化學家到目前為止僅有5位獲得諾貝爾獎和五位女性科學家得以為元素命名或以其名為元素符號，但事實上參與元素發現的過程中，仍有許多無名女英雌在週期表的背後默默付出其貢獻（見圖9，亦可見臺灣化學教育2019年5月號）。

圖9週期表前後的14位女性科學家

圖10 擴增實境(AR，上圖)與虛擬實境(VR，下圖)場景

此次特展，我們除了邀請觀展人提供對特展的回饋意見外，在現場也有提供自黏貼貼紙供觀展人填寫(見圖11)，在與觀展人的對話中，發現大家對特展的內容多元性給予相當高的肯定，最重要的是改變他們過去對週期表的認識，以及對元素在生活中的應用有更深入的了解。這些觀展人分別來自不同國家，如日本、美國、新加坡、馬來西亞、韓國、大陸等等，肯定與讚賞的言語給與工作團隊很大的鼓勵。

圖11 : IYPT in Taiwan 特展回饋意見

整個特展在實驗演示、現場動手做活動與點燈的高潮下正式開展，為期三個月的展期中，共約有32000人到館參觀。同時，周金城教授、鐘建坪老師和陳子聖老師利用周末共進行六次元素工作坊，一開放報名就額滿，是個相當受歡迎的實驗活動(見圖12)。七月底適逢亞洲化學教育研討會，來自十多國的學者亦到會場觀賞，讚嘆聲不絕，並與科教館館長陳雪玉博士合影
(見圖13)。

圖12 :開幕式與假日元素實驗活動

圖 13 亞洲化學教育研討會來賓觀展

除特展外，為響應國際活動並紀念這特別的一年，其他規劃與執行的活動也都陸續完成，包括教具、元素、海報等各式各樣的競賽活動，參賽者踴躍，掀起國內一股玩化學元素週期表之風潮。

• IYPT彩繪列車

此外，由科技部與臺北市政府教育局指導，國立臺灣師範大學、中國化學會主辦，臺北市立大學理學院協辦，該計畫特別邀請化學與化學教育專家學者共同籌劃辦理捷運彩繪車廂，所策劃之IYPT彩繪列車將於2019年12月10日起，在臺北捷運板南線與淡水信義線亮相，並維持營運三個月，以供民眾盡情享受化學元素與生活的近距離關係。

兩列彩繪車廂的設計是以輕鬆的手法帶大眾重新認識化學元素，內容包括有從化學元素的誕生伊始，擴及世界的構成、週期表的創立、科技應用(如太空人的頭盔成分)、氮循環、食物中的微量元素、人體的組成等等，以及門得列夫與居禮夫人肖像供大家拍照打卡上傳社群媒體。此次以彩繪圖像的形式來說明化學與生活的緊密連結，期以藝術手法展現化學的發展與生活應用，引發社會話題，敬請期待。

• IYPT 101點燈

最後，為了進一步拉近大眾與化學之間的距離、加強臺灣國際曝光，並宣告為期一年的慶祝活動圓滿成功，在科技部與教育部的促成下，臺師大、化學會與臺灣地標台北101合作，透過101大型點燈活動，在11月14日和15日點燈慶祝IYPT，為「國際化學元素週期表年–在臺灣」呈現最搶眼的亮點。

此專刊主要就是邀請今年度辦理合作辦理IYPT in Taiwan慶祝活動的單位獻稿，將一整年的成果與讀者分享。內容包括陳竹亭教授所規劃的「CASE探索基礎科學講座」，邀請9位學者針對週期表的發展與元素的應用做專題演講，內容精彩，有興趣者可至網站觀賞；邱美虹介紹IYPT特展展品之一「歐洲元素週期表與稀缺元素」，希望讀者透過認識歐洲週期表而能珍惜元素、了解永續發展的重要性；楊水平的「視障者點字週期表」展品的介紹，讓人感動其對視障者長期的關注；國立自然科學博物館張鈞翔和鍾坤煒的「百變化學–元素週期表150週年」特展，以礦石和元素結合IYPT為主題；國立科學工藝博物館工館洪莞媜和陳綺霞的「看見化學了！元素週期表150周年特展」展示美國化學會的元素海報和光雕等展覽品；海科館鄭淑菁和陳麗淑的展品設計以展現海洋生物、元素與週期表的關係，融入海洋化學事展現元素與生活關係以慶祝元素週期表150週年；各博物館根據其特色與使命，分別設計不同主題的展品與，並結合臺師大所提供的展品共同展出，一起推動科普與慶祝國際大事。而陳虹樺等人的科教館一系列慶祝IYPT活動簡介，吸引許多學生到館參觀與參與動手做活動；台灣維基媒體協會王則文對推動撰寫化學元素條目的成果與展望的心得分享，這也是基礎科學和維基的第一次合作案，期待有更多人可以投入志工行列；中華民國科學教育學會盧玉玲理事長所負責辦理的化學元素週期表教具、媒材設計比賽作品簡介；李宜諺和林靜雯為慶祝國際化學元素週期表年所辦理的海報競賽，從國小到高中，作品都非常有創意呈現出他們對週期表的面面觀；林怡萱等人對科教館所舉辦的「Curie Me Away! 放飛自我」科學劇做策畫紀實的報導，內容鉅細靡遺的將科學劇的原委道盡，同時也將訪談內容毫無保留的與本刊讀者分享，讀者必可享受一場閱讀的樂趣。

以上每項慶祝活動都是主辦者與合作夥伴們用心規劃、執行、挑燈夜戰與擠腦炸腦的成果，努力的目的無外乎就是為了端出一系列讓大家驚豔的活動內容彰顯臺灣對化學的重視以及對科普傳播的使命感。除上述一系列慶祝活動的報導外，12月份還會陸續熱鬧推出相關慶祝活動(如淡江大學的元素收集活動)，請大家拭目以待。活動內容將於2020年1月號報導。同時未來IYPT in Taiwan 的展品亦將移展到各大學¹和高中，歡迎各界詢問移展事宜。

註¹:虎尾科技大學已於11月20日在他里霧辦理為期一個月的特展，其文將於2020年1月分享。

致謝:

感謝各指導單位、協辦單位與贊助單位的支持與鼓勵，以及諮詢委員、中學教師、助理、學生的協助，使IYPT活動得以順利展開與圓滿完成。尤其是化學會秘書長趙奕姼教授、國立台北教育大學周金城教授、國立臺灣師範大學張一知教授、臺灣大學陳竹亭教授一整年在各活動上投入大量的時間與精力給予的建議與支持，感謝之意實無法用言語表達，IYPT
in Taiwan 的活動成果與所有參與人、科普人、以及喜愛科學的人共享。

以下列出參與活動的單位及個人，以表謝意。

指導單位:
科技部、教育部、環保署化學局

主辦單位:
國立臺灣師範大學、中國化學會(Chemical Society Located in Taipei, CSLT)

協辦單位: 中華民國科學教育學會 台灣維基媒體協會 淡江大學科學教育中心 國立自然科學博物館 國立科學工藝博物館
國立海洋生物博物館 國立海洋科技博物館 國立臺北教育大學 新北市化學科課程發展中心 教育部普通型高級中等學校化學學科中心
教育部中等教育階段自然領域教學研究中心

贊助單位:
申豐特用應材股份有限公司、宏遠興業股份有限公司、台灣化學產業協會、財團法人中技社、循環台灣基金會、台灣巴斯夫股份有限公司、台灣聚合化學品股份有限公司、台灣默克股份有限公司、李長榮化學工業股份有限公司、長春集團、國立臺灣師範大學企業校友聯誼會、聚和國際股份有限公司、永信國際投資控股股份有限公司、優勝奈米科技有限公司、旭富製藥科技股份有限公司、長興材料工業股份有限公司、台灣安捷倫科技股份有限公司、台灣賽默飛世爾科技股份有限公司

提供資料和協助的專家學者、中學教師及工作人員:

女性科學家:淡江大學吳嘉麗教授、長庚大學邱韻如教授

元素大事記:
國立臺北教育大學周金城教授

元素方塊:
參與製作的教授、中學教師、高中及大學以上學生

元素命名:
國立臺灣師範大學李祐慈教授和林震煌教授

元素Q& A: 臺北市立成功高中劉俊庚老師、臺北市立萬芳高中陳怡宏老師、中研院化學所趙奕姼教授

光雕:光點吉樹團隊

開幕化學實驗演示:臺中大甲高中廖旭茂老師、國立臺灣師範大學附屬中學吉佛慈老師、臺北市立陽明高中謝東霖老師

開幕式司儀:新北市新北高中鍾曉蘭老師

開幕動手做活動:林靜雯教授、廖旭茂老師、吉佛慈老師、李宜諺、曾茂仁、李驥、周運廷、林書繪、鍾宜廷、許晉維、周立

郵票:張固剛教授(Gu-Gang Chang)、Dr. Daniel Rabinovich教授

點字週期表:國立彰化師範大學楊水平教授

諮詢團隊:王文竹、王伯昌、吉佛慈、李旺龍、李祐慈、李名揚、李麗偵、林威志、林彥傑、林震煌、林靜雯、孫維新、高憲章、張鈞翔、張簡志挺、陳竹亭、陳怡宏、陳虹樺、陳雪玉、陳綺霞、陳麗淑、曾茂仁、曾繁銘、湯偉君、楊水平、賈志達、廖旭茂、劉俊庚、劉湘瑤、盧玉玲、鍾曉蘭

攝錄影:陳俐陵、任宥甯

籌備助理:郭素妙、溫儷璞、王荷晴

場佈:海宴活動行銷有限公司

ACS海報:ACS Taiwan Chapter臺灣大學楊吉水教授協助聯繫ACS

AR& VR: 幻鼎數位科技有限公司洪達民工程師

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示：

歐洲化學會週期表與稀缺元素

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所

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n  摘要

本文主要介紹歐洲化學會（European Chemical Society）2019年出版的歐洲化學會週期表（EuChemS Periodic Table），並論及元素存量與人類過度使用而造成缺乏的危機議題，希望藉此引起社會大眾或學生對新興科技與化學元素的進一步認識，進而抱持正確使用新興科技的態度。

n  歐洲元素週期表

歐洲化學會在2019年一月公布了一張變形週期表（EuChemS, 2019；中英文版分別見圖一和圖二），這張週期表是以地球上存在的90種天然元素依照其存量取對數（Log）後所繪製的，所占面積越小代表其在自然界中的含量越少，藉此呼籲社會大眾應該更加重視有限的資源與再利用的概念。圖中除以面積來傳遞存量的概念外，顏色則代表存量瀕臨危機的程度：如紅色代表未來100年內面臨嚴重缺乏；橘色代表因使用日增而導致的缺乏威脅；黃色代表供應有限而未來有缺乏的風險；以及黑色代表來自衝突礦產；而白色的小方塊則代表手機。圖一顯示，手機至少含有31個元素，其中約有一半的元素因人類對於3C產品的依賴與日漸增，在不正確的觀念與濫用的情況下快速減少，因而面臨缺乏的威脅［如釔（Yttrium, Y）、銦（Indium, In）］。我們是否了解有些元素［如金、錫、鉭（Tantalum, Ta）、鎢］ 事實上是來自有爭議的礦產區，這些元素的來源是否合法，可能造成的後果為何呢？同時，我們是否理解且也已經準備好面對元素稀缺（endangered/scarcity）的困境？ 

圖一：英文版的歐洲化學會週期表（EChemS, 2019）

圖二：中文版的歐洲化學會週期表（EChemS, 2019） 

雖然宇宙中氦氣的含量僅次於氫氣，但在地球上氦氣卻是稀少的。根據圖一和圖二顯示，氦是未來百年內面臨高度缺乏的元素。或許大家對氦並不陌生，因為生日聚會或是慶典中都會以氣球表達歡樂與祝賀之意，氣球中便是以充滿氦氣為主。氫氣在空氣中散播出去後便不易回收。根據海德堡大學地球化學和宇宙化學家Trieloff教授指出，地球不像木星是氣體星球充滿氫氣和氦氣，地球本身是岩石行星，因重力之故，地球的重量不足以抓住這兩種氣體，但為何氫含量充足而氦卻面臨缺乏呢？Trieloff指出，因為氫氣存在於水中，而氦氣卻會在空氣中飄走（Schmidt, 2016）。根據圖三顯示，因使用氦氣施放各式氣球而消耗掉的氦氣含量佔14%；潛水員用的呼吸筒，以氧氣與氦氣混合避免純氧造成減壓症（6%）；這兩項即已佔20% (1/5)。除此之外，氦氣在電子業和半導體上的使用佔11%；在醫學上冷卻核磁共振造影 （MRI）機器所產生的高溫，約佔20%，前述這些使用氦氣的情形就已經佔約51%（APS, MRS, & ACS, 2016）。以此情況看來，氦似乎面臨稀缺的問題，因而價格在過去五年不斷升高，使得科學研究經費隨之上升。然而，一群在英國杜倫大學和牛津大學的科學家在Goldschmidt 會議上指出，根據他們針對美國和加拿大22個井中找到天然氣的樣本進行質譜儀分析發現，地下水與氦含量有高度相關，或許人們低估了氦在自然界的含量（Danabalan, 2015）。該研究團隊同時也指出黃石公園噴出的氣體中可能也有氦氣的存在，知道氦氣可能來自深層的地殼中，或許讓科學家可以思考何處才是去尋找氦的足跡。不僅如此，牛津大學地質學家與挪威礦業公司Helium One在2016年公布在非洲坦桑尼亞火山斷裂區發現大量的氦存量，據估計應有15億立方公尺的氦含量，大約等於全世界七年的年消耗量。同時，研究人員指出，以亞利桑那從天然氣中可以獲得約7%的氦氣，卡達（Qatar）則可以獲得比較經濟的方式0.1%的氦氣。可惜的是，坦桑尼亞雖然可以從火山的氣體中獲得4%的氦，但是剩下的96%氣體卻與天然氣不同，它們是無法再利用成為具有經濟價值的產品（Schmidt, 2016）。Collins（2019）則指出，阿爾及利亞和俄羅斯其實也擁有充沛的氦氣可以輸出，但是受限於政府的法令，而無法提供其他國家使用。可臆測的就是，如此的做法或許正是限制或左右其他國家在醫療或是科技上的發展與應用。氦氣是否真的面臨稀缺，的確是個值得科學家持續研究與關心的議題，無論如何，資源的開發與保存是脣齒相依，人們實在應該珍惜自然資源。

圖三：2015年時氦氣在各項使用需求量之百分比（APS, MRS, & ACS 2016, p.6）

又如，第五週期的第III族元素釔（Y，原子序39）和第XIII族的銦（In，原子序49）都是屬於即將面臨嚴重缺乏的元素，這兩個元素都是製作手機必要的元素。以銦為例，銦因為熔點低、沸點高、低電阻，可在常溫下與氧緩慢反應產生氧化膜，具有抗腐蝕性，其價格高昂且供應有限，除可製作手機觸控面板、太陽能電池等高科技產品外，也是國防軍事、航空業和現代資訊產業等高科技領域的重要元素（國家毒物中心，2019）。其他金屬如鎵、銀、鋅等都是手機裡所需的元素但也將是面臨高度缺乏的危機。全球每年有將近五億支的廢棄手機，其中中國大陸就佔約一億支，而回收的廢棄只佔1%。或許手機使用者可以審慎思考是否可以降低更換手機的頻率，以珍惜自然資源並確保擁有永續與友善的環境。

n   手機與稀缺元素

根據圖一和圖二顯示，自然界中的元素並非「用之不盡、取之不竭」，我們應該要思考是否有必要經常更換電子產品，使廢棄的產品造成環境汙染？我們是否已準備好面對資源匱乏時，所造成生活不便的困境呢？在圖一和圖二中指出，手機至少含有31種化學元素。另一項智慧型手機所含有化學元素的報告（Compound Interest, 2014；見圖四）則指出，智慧型手機包含不下41種元素，分別用在製作螢幕、電池、電路和外殼。如以螢幕而言，其含有銦錫鋁矽的氧化物；電池（如鋰、鈷、碳、鋁、氧）；線路則含有金、銀、銅、鎳、鉭等多種元素；最後是外殼，含鎂、溴，鎳等元素。

以下針對化學元素在手機中的元素與功能再進一步加以說明（Compound Interest, 2014）：

螢幕：包含有氧化銦錫（Indium Tin Oxide, ITO），這是氧化銦和氧化錫的混合物（通常質量比是90% In₂O₃和10% SnO₂）。主要用在電學傳導和光學透明的薄膜上。大部分智慧型手機用的是矽酸鋁（Al₂ SiO₃·SiO₂）玻璃，是一種氧化鋁和二氧化矽的混合物。此外，鉀離子可以起增強的作用。最後，稀土元素是用於手機螢幕上顏色的呈現，其中部分化合物可用來阻擋紫外線進入手機內。

電池：大部分智慧型手機使用鋰離子電池，以鈷酸鋰為正極，石墨為負極。部分電池會含有其它金屬元素，如以錳替代鈷。電池外殼為鋁。

線路：銅是手機線路主要原料，主流的微電子材料包括銅，金和銀。鉭是微電容的主要組分。鎳用於手機話筒。鐠（Praseodymium, Pr）、釓（Gadolinium, Gd）和釹（Neodymium, Nd）合金用於話筒和擴音器。釹、鋱（Terbium, Tb）和鏑（Dysprosium, Dy）用於振動單元。矽用於製造手機內的晶片。錫和鉛用於焊接手機內部電路。新型無鉛焊接使用的是錫，銅和銀的混合物。

外殼：部分外殼為鎂合金，大部分為塑料，塑料外殼含有阻燃成分，如溴、鎳可以用來減少電磁干擾。

圖四：智慧型手機所含有的化學元素

n   資源有限、慾望無限；開源節流、循環經濟

根據2018年日本經濟新聞（中文版）報導顯示，早稻田大學的科學家在日本最東端的南鳥島周邊海底發現蘊藏豐富的稀土資源，其含量超過1600萬噸，可供全球使用數百年，這些稀土礦物包括可用在混合動力車的鏑（730年）和可做雷射器的釔（780年），更重要的是該團隊已確立高效率的回收技術，這消息公布後讓世人相當振奮。

除了開源之外，如何讓資源可以循環再利用，更是科學家持續致力於其中的研究領域。最近日本公布2020年即將在日本舉辦的奧運獎牌，就是回收民眾廢棄的手機再提煉金屬而做成的。自2017年4月開始日本政府有計畫的對廢舊的3C產品進行回收，到2019年3月在將近8萬噸小型家電與621萬部舊手機中，提煉出32公斤黃金、3,500公斤白銀以及2,200公斤青銅。「東京2020獎牌計畫」以此重新打造出5,000枚金屬獎牌，讓人眼睛為之一亮，刮目相看（The Tokyo Organising Committee of the Olympic and Paralympic Games, 2019）。

n  結語

2019年適逢化學界兩大盛事，即IUPAC 100年以及國際化學元素週期表年（International Year of the Periodic Table of
Chemical Elements, IYPT），全球都在慶祝這兩件大事的同時，也正是人類應藉此反思自然資源與人類欲望之間如何尋找到平衡點，以免資源耗盡，人類將面臨回到原點的生活危機。循環經濟的呼籲豈能成為空泛的口號呢？！

n  參考資料

日本經濟新聞（2019）：日本發現大規模稀土礦，可供全球用幾百年。2019年10月15日，下載自：https://zh.cn.nikkei.com/industry/ienvironment/29997-2018-04-11-09-05-11.html。

國家毒物中心: 銦（Indium），2019年10月20，下載自：http://nehrc.nhri.org.tw/toxic/toxfaq_detail_en.php?id=200。

APS, MRS, & ACS(2016). Responding to the U.S. research community’s liquid helium crisis-AN action plan to preserve U.S. innovation. Retrieved from https://www.aps.org/policy/reports/popa-reports/helium-crisis.cfm. 

Compound Interest (2014). Chemical elements of a smartphone. Cambridge, United Kingdom.

Collins, T. (2019). Tanzania could become top helium producer. African Business, Retrieved from https://africanbusinessmagazine.com/sectors/energy/tanzania-could-become-top-helium-producer/.

Danabalan, D., (2015). Press release: The unbearable lightness of helium may not be such a problem after all, Retrieved from http://www.eag.eu.com/about/media/lightness-of-helium/.

EuChemS (2019). Element scarcity – EuChemS Periodic Table. Retrieved from https://www.euchems.eu/euchems-periodic-table/.

Schmidt, F.(2016). Are our helium reserves coming to an end? Retrieved from https://www.dw.com/en/are-our-helium-reserves-coming-to-an-end/a-19371071.

The Tokyo Organising Committee of the Olympic and Paralympic Games (2019). Tokyo2020 Medal Project: Towards an innovative
future for all, Retrieved from https://tokyo2020.org/en/games/medals/project/.

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示：

「百變化學–元素週期表150週年」特展

張鈞翔*、鍾坤煒

國立自然科學博物館

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n  摘要

躬逢其盛、共襄盛舉！在2019國際化學元素週期表年，也是俄羅斯化學家門得列夫 (Dmitri I. Mendeleev) 提出元素週期表的150週年之際，位於臺中的國立自然科學博物館，特別與國立臺灣師範大學、中國化學會，共同推出『百變化學–元素週期表150週年」特展（圖一），展期從2019年8月20日起至2020年2月23日，帶領大朋友與小朋友一起來探索化學科學的奇幻奧妙！

圖一  國立自然科學博物館隆重開展

開展至今，已經吸引超過36,000人次來自全國各地的觀眾朋友，共同親身體驗與享受化學知識所帶來的樂趣！在展場中，饒富生趣的元素週期表的聲光投影，深深吸引了觀眾朋友的眼光。全新設計天文化學主題，以生動的圖文動畫，帶領觀眾探索宇宙空間，化學元素的起源。在精美的圖像中，元素週期表的研究發展歷史，以及週期表內容與規則一覽無遺。而化學元素無所不在，在我們生存的地球環境、在我們喜愛的礦物精品、在我們熟悉的詩詞文學、在我們的日常生活，處處充滿著化學元素，也洋溢著奧妙的化學變化。

為了盛大推出這項特展，國立自然科學博物館館藏精品礦物精銳盡出，特別推出「地殼中的化學元素—礦物」主題單元（圖二），展出70件各類礦物標本，包括純金、純銀、純銅、純鐵，以及珍貴的鑽石、祖母綠，呈現礦物精品的元素特色與大自然的奧祕，也提供觀眾朋友們進一步認識化學元素與礦物之間的關係。

圖二  「百變化學—元素週期表150週年」特展礦物展區一隅

地球上的萬物都是由化學元素所組成的，人類到目前為止已經發現了118種元素，組成了約三千多萬種的物質。地殼乃是地球層圈構造的最外層，在地殼中元素的含量稱之為「地殼含量（註）」，通常以百分比來表示。含量最多者依序為氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀和鎂，以上8種元素占了超過98%的地殼含量，而這些元素在地殼中多以礦物的形式存在。

n   氧和矽

氧和矽是地殼中含量最多的兩種元素，分別達48.6%及26.3%，因此，地殼中含有氧和矽兩種元素的礦物種類也相當多。例如：氧和矽結合形成了常見的石英、水晶、玉髓、瑪瑙等石英家族的二氧化矽礦物（圖三），而由含矽的陰離子團與其它陽離子結合，便形成大量的矽酸鹽礦物，在自然界已知的礦物種類中，矽酸鹽礦物約占總數的四分之一，包含常見的長石、石英、雲母、輝石、角閃石、橄欖石、黏土礦物等造岩礦物。

圖三  透明且晶形佳的石英稱為水晶，是地表最常見的礦物之一。

n   鋁   

鋁是地殼內蘊藏最豐富的金屬元素，地殼中的含量約為7.73%，在自然界通常以氧化物的形式存在。鋁主要賦存在鋁土礦，或稱為水礬土（Bauxite）內，這種礦物主要成分是含有雜質的水合氧化鋁（Al₂O₃·2H₂O），一般供作煉鋁用的水礬土含有50~60%的氧化鋁，而氧化鋁不僅是製造鋁的來源，也是製造礬土水泥和耐火材料的重要原料。鋁具有質輕且不易生鏽的特性，不過質地較軟，須與其他金屬混合，以合金的型態被廣泛運用。在自然界中純的三氧化二鋁，稱為剛玉，硬度高，常被用來當做研磨材料；另外，結晶透明的剛玉可作為寶石，其中紅寶石（圖四）、藍寶石就是剛玉中有名的品種。

圖四  紅寶石是結晶透明的剛玉因含鉻離子而呈紅色

n   鐵

鐵在地殼中的含量約為4.75%，也是地球內核及外核的重要成份，堅硬而有延展性、且具有良好的可塑性和導熱性。自然界裡很少有純鐵，大多是和氧化合之後的狀態存在。一般提煉鐵的主要礦物有赤鐵礦（Fe₂O₃）、磁鐵礦（Fe₃O₄）、菱鐵礦（FeCO₃）、褐鐵礦（Fe₂O₃·nH₂O），以及針鐵礦（FeO(OH)）。現今世界上最重要的鐵礦來源為帶狀鐵礦層（Banded Iron Formations，簡稱BIF），此種帶狀鐵礦（圖五）是由大量且呈薄層的磁鐵礦或赤鐵礦等氧化鐵反覆堆疊，並常夾雜帶狀虎眼石、碧玉或燧石等所組成，主要在距今約三十多億至十多億年前的太古代（Archean）和元古代早期（early Proterozoic）所形成，是一種相當古老的沈積岩。

圖五  帶狀鐵礦是目前世界上最重要的鐵礦來源

n   鈣

鈣的英文calcium是來自拉丁文calx，意指生石灰，地殼中鈣的含量約為3.45%。鈣在自然界多以離子狀態或化合物形式存在，並無單質存在。地球上最常見的含鈣化合物為碳酸鈣（CaCO₃），發現主要產於石灰岩和早期海洋生物的化石殘骸，廣泛用於塑料、橡膠、油墨、塗料等方面，也是製作水泥與玻璃的原料。自然界主要的含鈣礦物有方解石（圖六）、霰石（CaCO₃）、白雲石（CaMg (CO₃)₂）、石膏（CaSO₄·2H₂O）、螢石（CaF₂）、磷灰石（Ca₅(PO₄)3F）等。另外，在珍珠、貝殼、珊瑚、蛋殼及一些動物殼體的有機體中也都含有鈣。

圖六  方解石是很重要的含鈣礦物

n   鈉

鈉是最常見的鹼金屬元素，元素名稱來自拉丁文 Natrium，原意是天然鹼。在地殼中鈉的含量為2.74%，主要以鈉鹽的形式存在。鈉鹽是指有鈉離子和酸根離子化合而成的鹽類，如常見的氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉等，其中由氯化鈉組成的礦物－石鹽（Halite, 圖七），除了可作為調味料和防腐劑，也是製作蘇打、鹽酸、金屬鈉等化工產品的重要原料，故有 「化學工業之母」 的稱號。其它常見的含鈉礦物有鈉長石（NaAlSi₃O₈）、芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）、鈉硝石（NaNO₃）等。

圖七  石鹽的天然結晶呈正立方體

n   鉀

鉀元素在自然界中以離子化合物形式存在，在地殼中的含量約佔2.47%。鉀金屬在工業上可作為一種較強的還原劑，而鉀的化合物在工業上用途很廣，例如鉀鹽可以用於製造化肥及肥皂。鉀對動物與植物的生長和發育相當重要，是植物生長的三大營養元素之一。可用來提取鉀的礦物有鉀鹽（KCl）、光鹵石（KCl·MgCl₂·6H₂O）和雜鹵石（K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O）等，而地殼中分佈極廣的鉀長石（K(AlSi₃O₈)）、雲母（KAl₂(AlSi₃O10)(O H)₂）等矽酸鹽中也都富含鉀元素。

n   鎂

鎂是一種銀白色金屬，很輕、具柔韌性，且化學性質活潑，在地殼中的含量約為2%。鎂在海水中的含量很多，也是人體的基本元素之一。鎂的英文名字magnesium，是由菱鎂礦（magnesite）的名字衍生而來。菱鎂礦的化學成份為碳酸鎂（MgCO₃），是提煉鎂的主要來源，它還可用作耐火材料和製取鎂的化合物。另外，人們也開採白雲石（CaMg (CO₃)₂）做為鎂元素的原料之一。

「百變化學—元素週期表150週年」特展，帶給了民眾與各級師生能充分了解化學元素週期表在建構過程中的科學發展史，以及化學週期表所帶來的學術研究意義與有趣的化學元素故事，更進一步了解日常生活中，無所不在的各種化學科學現象與實際生活體驗，展場中更有帶給大朋友、小朋友驚聲連連的化學魔術秀！（圖八、圖九、圖十）這項特展將持續展出至明（2020）年2月23日，喜愛科學與化學的朋友們千萬不要錯過！

圖八  化學魔術演示秀 圖九 在展場中特闢化學魔術舞台

圖十  帶給大小朋友驚奇的化學魔術秀

註：各元素的地殼含量以質量百分比為準。其中的數字是估計值，會隨著資料來源及估計方式不同而改變，本文所列各元素含量多寡，只能作大致上的參考。

慶祝IUPAC100&2019國際週期表年在臺灣(IYPT in Taiwan) 活動成果展示：

看見化學了！元素週期表150周年特展—科工館的展示、科教活動及推廣

洪莞媜¹,^*陳綺霞²

¹國立科學工藝博物館展示組　約僱技術員

²國立科學工藝博物館展示組　組主任

*[email protected]

█ 緣起

2019年適逢俄國化學家門得列夫提出元素週期表滿150周年，國立臺灣師範大學科學教育研究所(以下簡稱臺師大)邱美虹教授在科技部、教育部國民及學前教育署、行政院環境保護署毒物及化學物質局共同支持下，與中國化學會及國立臺灣科學教育館策辦了一檔「國際化學元素週期表年特展」，以表彰門得列夫之偉大貢獻。國立科學工藝博物館（以下稱科工館）身為國家第一個應用科技類博物館，自需積極參與及推廣。

「化學元素」對於一般人而言，或許感到疑問：「化學元素跟我們的生活究竟有什麼關係呢？」實則關係不說不明!該特展於臺北科教館開幕當時，經由化學師生進行「化學元素變變變——實驗演示」的科學秀，再加上特展內容豐富有趣，進而讓民眾了解到化學元素與我們的生活密切相關!也因而理解到元素並非取之不盡、用之不竭，如果未善加回收運用，待其用完時，將大大影響我們的生活。

為讓中南部的社會大眾也能有機會了解化學元素與常民生活的連結，移展是必須，而推廣活動更是不可或缺。因此科工館除積極評估移展項目外，並盤點館內各項資源，開始了一系列的活動。自9月底開展迄至10月底止，己逾3,000名觀眾參與體驗，包括1,248名學生團體參觀特展；1,161人次參與集章活動；1,506人次體驗科教活動。透過上該展覽及活動的推廣，確實助益民眾了解化學元素與日常生活的關係，並進一步體認到某些元素資源永續利用的重要性。