臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan新世紀的化學工程：薄膜水處理技術
童國倫
國立臺灣大學化學工程學系
中原大學薄膜技術研發中心
[email protected]
一般人對化工廠的負面刻板印象是製造污染和廢水的工業，實際上全球的化工業是最重視環保和水處理的，舉凡國際大廠BASF、Bayer、DuPont、DOW、DSM……等等，都是國際上最重視環保與水資源的模範生，國內也許多化學工業公司也都以環境永續發展為己任。為什麼是這些化學工業公司在推動環保，因為所有的基礎工程教育相關科系：土木、機械、電機、化工等四個系所，早期只有化學工程的教育將化學納入為核心課程之一，因此對於環境復育及永續具有環境化學所需的相關基礎專業知識，爾後由於環保意識日益升高，衍生出環境工程也投入了環保人才的孕育，也將許多化學相關課程納入其核心。
圖一：2020年化學工業發展願景[1,2]
近年全球興起循環經濟（circular economy）的概念[3]，其目標又遠高於一邊的環境保護概念，探討如何回收廢棄物中的有價物質，並設計新的化工單元程序將其再製成高值化的化學品，此實為具備化腐朽為神奇之工的化工人之專長，本世紀實為化學工程師的擅長時代。由圖一的化學工業發展願景來看，全球的化學工業已訂立了永續發展的宏願，未來再也看不到林立的煙囪，地面上都長出茵茵綠草，要完全的回收資源、能源及水，達到人類生活地球的永續運轉，這就有賴新的化學工業製程設計。本篇將以新的工業製程水處理膜過濾技術為例，介紹新世紀的化學工程教育中因應循環經濟發展所需而納入的新題材—膜過濾技術（membrane filtration technology），及其對基礎化學教育的倚賴，如何引進新的高效分離技術回收製程中的水，減少管末處理的需求，如圖二所示，甚至達到零液體排放（zero-liquid discharge, ZLD）的終極目標。
圖二、循環經濟（circular economy）發展的概念圖示
n 水資源的重要
我們知道地球表面超過70%的面積是為水所覆蓋，但這些水有超過97%是無法直接利用的鹹水，只有2.5%是不含鹽分的水，扣除兩極覆蓋的冰，只剩1.3%的地表水可茲人類使用。但近年來由於人口快速增加、地球暖化、產業蓬勃發展，水的問題在經濟發展上越來越重要，同時在食物及生質能源製造過程中耗用大量的水，更加速水資源缺乏窘境的惡化。目前全世界人口來到70億，以目前的水資源利用情形來看，到2025年有18億人不能享有基本的生活污水處理設施，將近2/3的人類會面臨水資源短缺的威脅。反觀臺灣，雖然年平均降雨量約是世界平均值的2.5倍，但由於地勢的關係，大部分的降雨都在兩天之內入海，無法有效利用，換算後每人每年所分配到的降雨量為全世界排名第18的缺水國[4]。因此，臺灣自2015年起推動相關的政策及法規，至今年（2016年）中正式全數通過包含再生水資源發展條例、自來水法修正案及水利法修正案等被外界稱為「節水三法」的重要政策，全面性的推動水資源開發與再利用。水資源開發重點包括多元化新水源的開發與工廠內部工業用水與廢水的回收再利用，多元化新水源的開發包括農業回歸水利用、大型廢污水回收與海水淡化等。
為因應近年全球與臺灣的對於水質以及水回收率要求的增加，發展新穎的高效能水處理技術是全球此領域專業人士的焦點。過去不管是自來水、生活污水或工業廢水處理，大都使用傳統的物理化學（如混凝、沈澱、砂濾）或生物（如活性污泥）處理程序，這些程序由於占地面積大、耗時耗能，且常需要加藥處理；因此，物理處理的膜過濾技術應運而生，但這些多孔性過濾膜的製作則仰賴高分子化學或無機材料化學科技。同時，因為近年膜製作技術的提昇，使得膜應用的設置與操作成本降低，因此薄膜在水處理及回收上的應用已經逐漸普及。本篇將以高分子膜為例，介紹常用於水處理之過濾膜材（membrane materials）及其化學結構，並簡介化學工程如何將這些高分子膜製作成模組（module）、設計出系統（system），再將其放大（scale-up）於實廠應用。
n 膜過濾技術
水處理用的膜過濾（membrane filtration）技術依其濾除物質與操作壓力大小可分為：微過濾（microfiltration, MF）、超過濾（ultrafiltration, UF）、奈米過濾（nanofiltration, NF）、及逆滲透（reverse osmosis, RO）[5-8]，實務操作上均是以壓力差驅動進流水，使其通過薄膜，以達到過濾分離效果。依水或廢水來源的不同，各種膜過濾技術可濾除之水體污染物種類可概分為懸浮固體微粒、病原蟲、細菌、病毒、膠體、有機物、染料、鹽類等，如圖三所示[8]。
MF薄膜多用來濾除粒徑大小在0.05~10微米（μm）間的懸浮顆粒，操作壓力約在0.5~2大氣壓（atm）；UF薄膜孔徑較小，多用來濾除粒徑較小的巨分子或所謂的膠體（colloids），大小在2~100奈米（nm），由於這些物質的尺寸都相當小，實用上又常以能阻擋之物質的分子量（molecular weight cut off, MWCO）來表示，約為2,000~500,000道爾吞（Dalton），UF的操作壓力約在1~5大氣壓。
NF則是近10年發展起來的膜分離技術，其〝膜孔〞介於超濾膜和逆滲透膜之間，膜的表面分離層由聚電解質所構成，可截留分子量在200-2000 道爾吞之間的有機物，並對二價和多價離子具有較高的截留率。可去除水體中的三氯甲烷前驅物質、低分子有機物、農藥、激素、砷和重金屬等有害物質，NF的操作壓力約在4~10大氣壓。
RO逆滲透是一般民眾最熟知的膜過濾程序，RO膜孔洞最小僅約0.2~0.4奈米（nm）只能讓水分子過，濾除其他物質，操作壓力受進水的滲透壓而異，一般家用的RO由於進水的鹽濃度相當低，操作壓力跟NF相近，約在6~10大氣壓力。而海水淡化用的RO操作，由於海水的鹽濃度約3.5%，其滲透壓力就約24~26大氣壓，因此一般海水淡化的RO操作壓力一般都高於50大氣壓，相當高的操作壓力，因此膜材料與模組的設計就必須考量其機械強度。
圖三：水處理用膜過濾技術分類圖譜（修改自日本Toray公司資料）[8]
一個好的膜過濾水處理程序端賴三個重要的關鍵環節，如圖四所示：1. 要有高透流率、高阻擋率、高抗污特性的過濾膜材（membrane）；2. 要有高填充密度（packing density）、高機械強度的模組（module）；3. 要有高穩定性、高可靠度的系統（system），近年的趨勢是於系統內加裝監測裝置（monitoring device）[9]。
圖四：水處理膜過濾技術的三個重要環節：材料設計、模組設計與系統設計。
在膜材料種類方面，有高分子膜（polymeric membrane）與無機膜（inorganic membrane）兩類，依膜材構造又可分為對稱膜（symmetric）與非對稱膜（asymmetric）兩類，如圖五所示。一般對稱膜的結構強度較高，而非對稱膜由於選擇層較薄，有較高的液體透過率。高分子材質或無機材質之MF/UF多孔膜材結構型態，依材料特性及加工製備方法不同而異。但微過濾膜（MF）大多製成如圖五（(a）的對稱膜結構型態，超過濾膜（UF）為儘量縮減選擇層厚度，則多製備為如圖五（b）的非對稱膜結構型態。而奈米過濾（NF）與逆滲透（RO）膜的孔洞最小，可預期的阻力也會最大，因此選擇層（selective layer）能越薄越好，一般厚度都控制在0.5微米（um）以下，因此表層多以界面聚合（interfacial polymerization）長成在多孔UF上，如圖五（c）所示。
（a）對稱膜（symmetric membrane）[10]
（b）非對稱膜（asymmetric membrane）[10]
（c）多層複合膜（multilayer thin-film composite membrane）[11]
圖五：多孔膜材結構示意圖
由高分子材料的加工性與孔洞成形控制特性來看，常用於製備多孔MF/UF的高分子，依市場佔有率依序為PVDF、PSf、PES、CA、PE、PAN、PP、PTFE等，而NF/RO表面選擇層的材料則多為PA或PI。可見得膜過濾有機材料的製備核心技術在於高分子合成、聚合與加工技術。在大學化學工程教育中，相關的課程計有：有機化學、高分子化學、高分子物理、高分子加工、及薄膜分離技術等。
除了膜過濾材料的製備所需之化學相關知識外，為了能實現膜過濾技術的工程應用，化學工程與化學系不同之處在於多開授流體力學與質量傳遞相關的輸送現象等以物理與數學為基礎的核心課程，以培養學生懂得如何設計模組，將膜材料製入模組中並進行規模放大，而這些物理設計近年多仰賴電腦運算，以計算流體力學（CFD）輔助模組設計[12-14]。由化學工程學在磨過濾水處理新技術的教育課程設計來看，除了材料所需的化學之外又加上模組與系統設計所需的物理與數學，顯示了化學工程教育的多元。
由於化學工程教育的核心是化學、物理與數學並重，因此學生可以受到更多元與跨領域的專才培養，在工程設計上時有物外之趣的創新想法。例如美國UCLA化工系教授Sidney Lobe除了是RO逆滲透膜於1970年代落實商業化的推手外，也在RO逆滲透程序的工程化過程逆向思考，發現滲透原理的新應用正滲透（forward osmosis, FO）操作，除了可以用來處理高濃度廢水又可以用來進行鹽濃差發電（salinity gradient power generation），正所謂海水滲透過濾左右逢〝源〞—逆滲透取水（源）、正滲透取電（源），有興趣的人士可以參閱作者近年在科技部「科學發展」刊物所發表的文章[15]。
n 結語
期盼這篇的介紹能讓您更加認識新世紀的化學工程在永續水資源上所扮演的角色及身為一位工程師的社會責任，實際上隨著人類對物質生活渴望的日益升高，無可避免會伴隨著工業廢水與廢棄物產生的增加，如何加速資源的有效再利用，是你我的期待。在這物質慾望日益升高，有限資源不斷消耗的年代，你我都是繫鈴人，但解鈴還需化工人。
n 延伸閱讀
[1] Meili, A., “Practical Process Intensification Shown with the Example of a Hydrogen Peroxide Distillation System,” Proceedings, 2nd Intl. Conf. Proc. Intensif. in Pract., BHR Group, London, 28, pp. 309–318 (1997).
[2] Stankiewicz, A.I. and J.A. Moulijn, “Process Intensification: Transforming Chemical Engineering,” Chem. Eng. Prog., pp. 22-34, January (2000)
[3] Stahel, W.R., ‘The Circular Economy,’ Nature 531, 435-438 (2016).
[4] 臺灣水資源—多元化水資源經營管理，經濟部水利署，http://www.wra.gov.tw/ct.asp?xItem=30424&ctNode=1967。
[5] 童國倫、呂坤宗、李雨霖、胡哲嘉，「奈米過濾的發展及其應用」，化工，51(3)，26-36 (2004)。
[6] 莊清榮、游勝傑，「流體中的最佳守門員—微過濾與超過濾」，科學發展，429，14-19 (2008)。
[7] 童國倫、阮若屈，「最小心眼的薄膜—逆滲透膜與奈米濾膜」，科學發展，429，20-24 (2008)。
[8] 童國倫、張王冠、周珊珊，「低壓薄膜技術在水處理及回收上的應用」，工程，82(1)，60-75 (2009)。
[9] Tung, K.L., “Monitoring Techniques for Water Treatment Membrane Processes,” Chapter 15 in Monitoring and Visualizing Membrane Processes, edited by Carme Güell, Montse Ferrando and Francisco López, Wiley VCH, Weinheim, ISBN: 978-3-527-32006-6. (2009).
[10] Mulder, M., Basic principles of membrane technology, 2nd ed., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, (1996).
[11] Baker, R.W., Membrane technology and applications, 2nd ed., John Wiley and Sons, England (2004).
[12] 童國倫、李雨霖、呂明洋、賴君義，「薄膜模組簡介及其設計」，化工，52(1)，31-46 (2005)。
[13] 童國倫、李雨霖、呂坤宗，「計算流體力學簡介及其在化工上之應用（上）」，化工技術，123，146-159 (2003)。
[14] 童國倫、李雨霖、呂坤宗，「計算流體力學簡介及其在化工上之應用（下）」，化工技術，124，216-230 (2003)。
[15] 童國倫、徐治平、林念蓉、吳佳穎、賴君義，「海水滲透過濾左右逢〝源〞—逆滲透取水（源）、正滲透取電（源）」，科學發展，500，6-11 (2014)。
拉瓦節的化學革命
洪文東
美和科技大學護理系
[email protected]
n 前言
今天任何人都已認識物質是會在空氣中燃燒，有化學知識的人都理解燃燒就是物質與氧化合的現象。可是從瀰漫燃素論（Phlogiston Theory）的當時，一直到18世紀末法國天才化學家拉瓦節（Autoine Laurent Lavoisier, 1743-1794）的燃燒實驗，發現了氧，建構了新的燃燒理論，產生化學革命，的確要經歷一段相當漫長的時日。圖1為拉瓦節及拉瓦節伉儷。
圖1：近代化學之父—拉瓦節（左），拉瓦節伉儷，由大衛所繪（右）
（圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/安托万–洛朗·德·拉瓦锡）
n 化學革命：氧的發現與新的燃燒理論
在1773年，瑞典的謝勒（Karl Wilhem Schelle, 1742-1786）與在英國的普利斯特利（Joseph Priestley, 1733-1804）個別在實驗室中獨自發現了氧。兩人都一致認為「氧是支持燃燒的，而且與呼吸也有密切關係的氣體」。由於受到當時「燃素論」的影響，也都以為燃燒是氧與燃素的結合，而產生的物質才變成光與熱，或與物質逃離出的燃素相結合是氧。當時由於太相信燃素論，氧的發現對化學的進步也無多大的影響。
由於氧的發現，1774年拉瓦節進行了有關「錫」燃燒的實驗，如果以今日的化學語詞來表達，那就是富於定量的實驗，與謝勒和普利斯特利重質的定性實驗大不同。他先將一小片錫放在容器中封閉後加熱，結果錫變成「灰」，而容器內的空氣則被錫吸收；可是含有錫與空氣的容器重量並沒有任何改變。一打開容器的蓋子，發現空氣以強烈的趨勢被吸進去了，再蓋好之後稱其重量，結果發現，重量就增加了！其增加的重量剛好等於錫變成「灰」所增加的重量。
拉瓦節再以「水銀」進行同樣的燃燒實驗，也是發現相同的結果。他測量出實驗之前有50立方吋的空氣，已改變成為42~43立方吋的空氣，也就是大約有1/6的空氣被「水銀」所吸收。剩下在容器內的空氣則會使「燭火」熄滅，也會使老鼠窒息而死。他稱呼這種空氣為「Azote」（指氮氣而言）。其次，他把水銀燃燒後的紅色物質收集在長頸燒瓶中，加熱後，結果發現有7~8立方吋的氣體產生。這種氣體則能使「燭火」燒得更劇烈；恰與普利斯特利所發現「會燃燒的空氣」是一樣的氣體。後來由於此種氣體可以和「氮」、「磷」、「硫」等的氣體化合形成硝酸、磷酸、硫酸，因此他將此種可燃燒的氣體命名為「酸素」。
1777年拉瓦節根據錫與水銀的燃燒實驗，提出新的燃燒理論，認為空氣是由氮與氧形成的，金屬在空氣中燃燒會與氧結合成灰，燃燒就是與氧化合的反應。此種燃燒理論使化學家放棄「燃素」這種虛構架空的物質，而對化學進行革命性之改觀，奠定近代化學發展的基礎。圖2為拉瓦節的實驗室，收藏於法國工藝博物館。圖3為拉瓦節正在進行實驗的情形。
圖2：拉瓦節的實驗室，收藏於法國工藝博物館
（圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/安托万–洛朗·德·拉瓦锡）
圖3：拉瓦節正在進行實驗
（圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/安托万–洛朗·德·拉瓦锡）
n 質量不滅定律
拉瓦節的燃燒理論最有力的依據就是反應前後質量的「定量性」，透過整個實驗，就各種各樣的反應，始終都使用天平非常徹底的觀察測量反應前後的質量關係，歸納實驗結果，建立了「質量不滅定律」。此一定律顯示：在化學反應前後，參與反應的物質，即使形態改變了，仍然在質量上不會發生變化。在拉瓦節的燃燒理論中，當金屬燃燒成為「灰」時，其質量所增加部份，非常正確的和所化合的「氧」的質量是相等的。此一定律確為化學反應最基本定律，化學家據此進行化學反應合成與分析，將所研發的產品供應各行各業的需要，普遍應用於日常生活中之日用品，提升生活品質。
n 化學命名法與元素分類表
1784年至1789年間拉瓦節和多位志同道合科學家共同發起化學命名改革工作，將化合物依其組成成分命名，取代以前依特性的命名方式。例如：「汞灰」叫做「氧化汞」，「金屬灰」叫做「金屬氧化物」。1787年出版「化學命名法」，現今所用的化學名詞，大多依此命名法而來。1789年出版「化學基本論述」，書中清楚陳述「質量守恆」的原理，並發展了英國科學家波義耳（Robert Boyle, 1627-1691）所提出的元素概念，指出元素是「用任何化學分析手段都不能再分解的物質」。他可說是第一位從許多物質當中，很具體的找出「元素」並進行明確分類的化學家。
根據拉瓦節「化學基本論述」觀點，「空氣」是「氧」與「氮」所形成，所以是混合物，而「氧」與「氮」都無法再分解成其他物質，所以是「元素」。又例如「氧化汞」加熱可分解成「氧」和「汞」，但不能再產生其他物質，所以「氧」與「汞」都是「元素」；而由「氧」和「汞」所反應形成的「氧化汞」就是「化合物」。根據此概念，在其論述中列出了包含33種元素分類表，如表1所示：
表1：拉瓦節的元素分類表
上表中元素名稱有小刮號（）者，並非是現在的元素，例如土狀元素之五種元素目前皆知是氧化物，只是由於在當時的化學技術無法分解出來的緣故。拉瓦節在表的後面有附註說明：「就我們目前所獲得的知識是無法再分解下來…。」換言之，他已預期此表再不久的將來會再修正的。他建立元素分類表旨在將化學「體系化」，他認為學問的體系化，必需考慮構成科學的事實，以及能使之聯想到事實之表象，並能有表達此表象之適當語言。
n 結語
拉瓦節說：「沒有理論，科學是不會進步的。欺騙我們的不是自然，也不是自然所提示的事實，而是我們自己的觀察。」拉瓦節的燃燒實驗，發現了氧，推翻「然素論」，建構了新的燃燒理論，產生化學革命。
他進一步根據實驗驗證建立了「質量不滅定律」，並先後出版了「化學命名法」、「化學基本論述」確立了「元素」概念，奠定了近代化學發展之基礎，今日我們特尊稱拉瓦節為「近代化學之父」。
n 參考資料
1. 洪文東、李文德、黃嘉崑、謝榮藏（2006）。 師院普通化學，臺北：五南圖書出版公司。
2. 科學名人堂20～拉瓦節，www.bud.org.tw/museum/s_star20.htm。
3. 安東萬–洛朗·德·拉瓦節，維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/安托万–洛朗·德·拉瓦锡。
加水來電：鎂電池
廖旭茂1, 2, *、廖心妍1、黃家均1、林群耀1
1國立大甲高級中學
2教育部高中化學學科中心
*[email protected]
n 影片觀賞
本文介紹介紹幾樣來自日本和中國的鎂加水電池。本影片提供購自日本科學未來館的鎂電池的元件介紹、組裝過程、運作等步驟，並在文章中介紹鎂電池陰陽極的反應、發電的科學原理。
影片網址：加水來電：鎂電池，https://youtu.be/pzWj2iwDuiI。
n 簡介
最近有一則可充電式的鎂電池的媒體報導：「由國立成功大學材料科學及工程學系洪飛義教授所組成的鎂電池研究團隊，已經獲得突破性進展，與傳統鋰電池的容量相較提高了8到12倍，充放電的效率提高5倍，以電動自行車來說，傳統鋰電池充飽電約需3小時，若改用新研發的鎂電池約充電36分鐘即大功告成。新ㄧ代鎂電池除了電容量高外，又較安全，即使車輛相撞，不像鋰電池，並無爆炸的危險。惟可充電式鎂電池使用的電解液，材料價格不斐，貨源掌握在他國手中，電解質化合物的合成，尚待突破。」（自由時報，2014-10-16）。
相較於可充電式的鎂電池，不可充電式的一次性鎂電池已悄悄進入我們的生活，日本技術發展的進度最快，因應突發的地震等天災，日本的古河電池株式會社（Furukawa Battery，簡稱FB）與凸版印刷（Toppan）聯手，推出紙盒包裝家用的鎂電池—MgBOX，以鎂金屬為負極，使用非貴金屬系列的碳素電極為正極材料，強調只要加水，就可為智慧型手機充電30次，或提供緊急照明等備用電源[1]。在中國亦有相關的產品的推出，還提供可替換的負極鎂板零件供消費者選擇。根據文獻探討，負極鎂在電解質中腐蝕過程所造成的極化現象，一直與鎂電池放電的效能有很大的關聯[2]。本文章提供簡易鎂電池的製作過程，以及在不同電解質下，電池放電效能比較。
n 藥品與器材
市售鎂電池兩種、20 × 55 × 0.5 mm鎂合金片、0.5 M硫酸鈉溶液、活性碳粉、化妝棉、糖果鐵盒、3 mm透明壓克力片、長尾夾、二氧化錳、海藻酸鈉、電壓感測器、電流感測器、Vernier數據收集分析平台。
兩種市售鎂電池包括購自日本科技未來館的的可組裝的鎂電池套件一組、購自淘寶網的水用照明電池。
1. 「鎂電池可組裝套件」一盒，其中包括組裝說明圖、外包裝盒、鎂金屬片（負極）、電解層、觸媒催化層、不鏽鋼片（正極），吸管、LED燈泡。相關套件如圖1所示。
圖1：鎂空氣電池套件
2. 「水用照明電池」一盒，不須自己組裝，直接在罐底加水處加水，透明壓克力中間有一LED燈泡。
圖2：加水電池手電筒
n 實驗步驟與結果
一、 日本市售鎂電池組裝和觀察
1. 取出塑膠袋內的各元件，依說明書的圖片上所載順序排列。圖示說明如圖3所示。
圖3：M為鎂片（負極）、P為分隔紙（電解層）、X為催化層、S為不鏽鋼片（正極）
2. 將四組單電池，依照圖3的順序依序疊合後，以黑色膠帶黏著固定，隨後將盒內所附的LED的金屬腳正確與電池的正負極相連接（LED長腳為正極與不銹鋼片連接，短腳為負極與鎂片連接），並以膠帶環繞固定。相關組裝如圖4所示。
圖4 鎂電池的組裝
3. 將組裝好的電池組合，LED燈泡朝前，放入塑膠圓筒中後，加入約3 mL的自來水，蓋上底蓋，觀察燈泡點亮的情況。隨後以三用電表量測電壓值。四個串連鎂電池測得的電壓約為3.2伏特。圖5為加水過程及燈泡點亮情形。
圖5：鎂電池注水孔的加水（左），點亮情形（右）
4. 以三用電表量測電壓值，量測完畢，5分鐘後，並撕開膠帶，一一攤開各層觀察金屬片。比較結果：反應後的鎂金屬表面呈現灰暗色。圖6為鎂金屬表面反應前後比較。
圖6：反應過的鎂金屬片有明顯發生腐蝕的現象（左），尚未反應的金屬片（右）
二、中國市售鎂電池的觀察
1. 取出中國市售的加水鎂電池，撕開電池的底部透明膠帶後，在加水孔加入約2~3 mL的自來水，貼上貼紙封住加水孔，觀察燈泡點亮的情況。圖7為鎂電池加水過程及點亮狀況。
圖7：鎂空氣電池注水孔的加水（左），點亮情形（右）
2. 5分鐘後，以三用電表量測電壓值。量測完畢，並撕開膠帶，一一攤開並排列各片，觀察鎂電池的內部構造和金屬片的腐蝕情形。反應後，銅片和鎂片的表面不呈現光亮。圖8為鎂電池的內部構造的拆解。
圖8：鎂電池的構造（共有四組單電池）（左），依序為銅片、觸媒層、分隔紙及鎂片（右）
三、自製鎂電池性能測試
1. 自製氣體擴散層：氣體擴散層是以多孔性的碳纖維紙為材料。但是空氣電極專用的碳纖維紙價格高昂，一平方尺達3000元。本實驗以實驗室擦拭用的不織布為材料，置於糖果鐵盒中，蓋緊後於盒蓋鑽三個小孔，作為排氣之用，以本生燈加熱進行乾餾，以製備碳纖維布。圖9為乾餾後的碳纖維布。
圖9：在糖果鐵盒中乾餾完成的碳纖維布（左），乾餾後上蓋內側佈滿黑色焦油（右）
2. 自製觸媒層：採用活性碳與二氧化錳1：1混合，以海藻酸鈉作為黏合劑，塗於浸泡過硫酸鈉的濾紙上（單面），烘乾備用。
3. 組裝測試：裁剪一片與市售鎂電池大小的鎂合金片（AZ31）作為負極，100目的不銹鋼絲網為正極，連同氣體擴散層、觸媒層，以壓克力板及長尾夾固定，作為效能測試之用。圖10為自製的加水鎂電池。
圖10：由左而右依序為壓克力板、鎂合金片、觸媒層、不銹鋼網、碳布、壓克力板（左），自製加水鎂電池的裝置（右）。
4. 電池電壓（開路電壓，open circuit voltage）與時間的關係的量測：取一組單電池，以電位計量測電池的電位差（開路電壓）與時間的關係，10小時內，平均鎂單電池的電壓約為1.9 V。圖11為自製鎂電池的電位差與時間的關係圖。
圖11：自製鎂電池開路電壓V與時間T的關係圖
5. 不同酸鹼性下，市售鎂電池放電電流與時間的關係測試比較（負載10歐姆）：取一個10歐姆電阻，與市售加水鎂單電池連接，再以電流計測量10小時內，負載電流與時間的關係，起始電流約為100 mA，70分鐘後減至50 mA，190分鐘後再減至10 mA。接著再以電流計量測，不同電解質溶液 （不同酸鹼性下），鎂電池放電電流與時間的關係，結果發現：在強鹼中初始電流最高，達190 mA，鎂金屬在強酸電解質中的腐蝕作用最明顯；經過一段時間後，強鹼電解值的電流下降最快。圖12為市售鎂電池電流與時間的關係圖。
圖12：市售鎂電池的電位差與時間的關係圖
n 安全注意及廢棄物處理
l 操作過程中要戴棉手套避免切割傷。
l 實驗反應所產生的廢棄物毒性低，依規定回收處理。
n 原理與概念（含實驗討論）
l 本次實驗—鎂碳電池（伏打電池）
一次性鎂電池中有鎂碳電池和鎂空氣電池。本實驗提供市售的兩種測試產品，正極為一實心的不鏽鋼片作為導電之用，並無空氣電極「透氣」的設計；黑色的觸媒層，推測跟一般的勒克朗舍碳鋅電池一樣（二氧化錳與碳粉的混合物），作為去極化劑（depolarizer），可將反應產生的氫氣氧化成為水，減緩電池的極化現象[3]，因此應該都是屬於鎂–碳電池的一種（屬於伏打電池）。二氧化錳與氫氣的反應如式[1]所示：
[1]
本實驗根據參考文獻[2]，嘗試自製簡易的鎂電池實驗，其中省略了聚四氟乙烯的使用（PTFE），結果發現不管電位差或電池放電的時間都不盡理想。比如說鎂電池的電位差（1.9 V），比理論值（3.1 V）低很多；探究其中原因，應該與鎂金屬性質有關，鎂與鋅不同，鎂非兩性元素，而且高活性比鋅大，提高了腐蝕速率，在實驗負載放電過程一直有氣體冒出，而且從實驗結果顯示，電解質溶液越酸，鎂電極表面累積氫氣的速度越快，導致的高極化現象。其反應如[2]所示：
[2]
另一產物氫氧化鎂，難溶於水，致使造成內阻增高，極化現象越發明顯。加上空氣電極中氧氣還原反應動力遲緩，也使得庫倫效率（電流值）比理論值低落許多[2]，因此這裡面還有很多需要深入探討的地方。
雖然一次或可充電式的鎂電池還有很多問題尚待克服。科技來自人性與需求，相信在鋰礦日亦短缺，價格居高不下，含量豐富的鎂，以價格、高電流密度、安全性的優勢，跨入車用電池、行動電源領域指日可待。
l 延伸介紹—鎂空氣電池
另一種一次性鎂空氣電池，是金屬燃料電池的一種，因具有高理論電壓，而受到矚目，過去的發展歷史中，曾利用高氧化電位的金屬當負極（如鋰、鎂、鋁、鋅），而空氣中的氧氣為正極，在各種金屬空器電池中，目前以鋅空器電池使用較普遍，助聽器、計算機，甚至大型的拖車等[4]。圖13為助聽器使用的鋅空器電池。
圖13：電池的上方廠牌logo貼紙撕去後，表面現出五個「呼吸」用小孔。
鎂空氣電池的研究較少，但因地球的豐度高、高活性、密度小、低毒性以及高安全的特性，高能量密度及便宜的價格的優點，很快吸引了各界的目光。鎂空氣電極的結構包括鎂金屬（鎂合金）陽極、鹽類電解質、以及空氣陰極三個部分，其示意圖如14所示：
圖14：鎂空氣電極的典型工作原理
相關鎂空氣電池的反應如式[3]-[5]所示：
[3]-[5]
鎂空氣電池的表現良窳常與空氣電極的組成與運作情況有很密切的關係。空氣電極的組成通常包括防水透氣擴散層、集電層以及觸媒催化層，是屬於氣–液–固三相反應的界面[5]；氣體擴散層包含聚四氟乙烯材料（PTFE），是氣體進入電極的通道，同時必須防止電解液的滲漏，就像穿了登山用的GORE-TEX外套一樣，透氣防水；集電層通常是不銹鋼網或多孔性的純鎳板，須具有耐腐蝕的特性；與電解質接觸的觸媒層，是氧氣發生還原反應的場所，觸媒層ㄧ般多是使用貴金屬或二氧化錳。相關結構簡圖如圖15所示：
圖15：空氣電極的構造
n 參考資料
1. MgBox, http://www.furukawadenchi.co.jp/mgbox/.
2. Tianran Zhang, Zhanliang Taoa and Jun Chen. Magnesium–air batteries: from principle to application. Mater. Horiz., 2014, 1, 196-206
3. 郁仁貽編著(1990)。電池的科學（初版）。臺南市：復文出版社。
4. Zinc–air battery, https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc%E2%80%93air_battery.
5. 黃雅君（民92）。過渡金屬氧化物觸媒應用於鋅–空氣燃料電池陰極之研究。國立交通大學材料科學與工程研究所碩士論文。網址：https://ir.nctu.edu.tw/handle/11536/50924。
疑難問題集錦之一：
有關離子安定性和分子偶極的問題
施建輝
國立新竹科學園區實驗高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 疑難問題一：為何離子的安定性Pb2+ > Pb4+ 而Sn4+ > Sn2+？
前言
《普通高級中學課程暫行綱要》（95暫綱）高中二下金屬元素之「錫、鉛及其化合物」這一小節，有一段文字：「錫與鉛的氧化態有+2和+4，其中Sn4+比較安定，因此Sn2+在氧化還原反應中提供電子，自身形成Sn4+，此處Sn2+做為還原劑；反之，Pb2+比較安定，所以Pb4+在氧化還原反應中得到電子，自身形成Pb2+，此處Pb4+做為氧化劑」。這段文字經常被學生詢問：「為什麼？」，大多數高中化學教師也覺得困惑，不知如何解釋清楚這段文字。此篇文章提供「惰性電子對效應」（The Inert-Pair Effect）的說法，可幫助教師向學生們解釋這段文字。
惰性電子對效應
「惰性電子對效應」是英國化學家N. V. Sidgwick（1873~1952）為了解釋ⅢA族（13族）、ⅣA族（14族）與ⅤA族（15族）某些元素的穩定氧化態與族數不一致而提出的說法。以ⅢA族（13族）為例，B2O3之硼的氧化態為+3，鋁離子為Al3+，其氧化態亦為+3，兩者皆與其族數同，但同族位於下方的鎵有Ga3+、Ga+、銦有In3+、In+、以及鉈有Tl3+、Tl+，此三個元素皆存在兩種氧化態，共同的特點是後者的氧化態的價數比其族數少2單位。這種離子之氧化態較其族數少兩個單位的趨勢稱為「惰性電子對效應」。
另一個「惰性電子對效應」的例子為ⅣA族（14族），將金屬錫在空氣中燃燒，生成的產物為氧化錫（SnO2），其中錫為+4價，但是原子序較大的金屬鉛只失去其2個p軌域的電子而生成氧化鉛（PbO），其中鉛為+2價。N. V. Sidgwick認為這個現象是因為這些族愈往下面的週期，其價軌域中s軌域與p軌域能量差距愈大。這是因為s軌域上的電子有較好的穿透性（penetration），且內層d軌域的電子對s軌域上的電子的遮蔽能力（shielding ability）較低，因此位於價軌域的s軌域比起p軌域能量明顯低甚多，使得s軌域的2個電子傾向於留在原子內而不游離，這就是「惰性」與「電子對」兩個名稱的由來。同樣地，為何ⅣA族（14族）錫與鉛這兩種金屬在空氣中燃燒時，位於第五週期的金屬錫易於失去4個價電子而以+4價的Sn4+存在，位於第六週期的金屬鉛則易於失去2個價電子而以+2價的Pb2+存在，就能獲得令人滿意的解釋。最後附上N. V .Sidgwick所提出之「惰性電子對效應」英文原文：「The inert-pair effect is the tendency to form ions two units lower in charge than expected from the group number; it is most pronounced for heavy elements in the p block.」。
有效核電荷
以下以有效核電荷（effective nuclear charge，Zeff）來解釋「惰性電子對效應」。除了上述s軌域的電子有較好的穿透性，使s軌域能量較p軌域能量低甚多，以致p軌域上的電子比s軌域的電子容易失去之外，也可以有效核電荷這個概念來說明。影響s軌域電子惰性的主要因素是原子核對s軌域電子的引力大小，這種引力的大小決定於電子距原子核的遠近與有效核電荷，由於鑭系收縮（lanthanide contraction）的緣故，使得第六週期的原子半徑與同族第五週期的元素相近，因此影響引力大小的因素就由有效核電荷大小來決定。表1是ⅢA族（13族）、ⅣA族（14族）與ⅤA族（15族）從第四週期到第六週期的元素原子核對其ns軌域上的電子呈現的有效核電荷大小。
表1：ⅢA族（13族）、ⅣA族（14族）與ⅤA族（15族）某些離子的有效核電荷
|
ns2 |
ⅢA |
Zeff |
ⅣA |
Zeff |
ⅤA |
Zeff |
|
4s2 |
Ga+ |
7.95 |
Ge2+ |
8.95 |
As3+ |
9.95 |
|
5s2 |
In+ |
8.35 |
Sn2+ |
9.35 |
Sb3+ |
10.35 |
|
6s2 |
Tl+ |
10.51 |
Pb2+ |
11.51 |
Bi3+ |
12.51 |
以表1中ⅢA族（13族）為例，Ga的價軌域電子組態為4s24p1，故Ga+的價軌域電子組態為4s2，有效核電荷（Zeff）表示此時原子核對4s軌域上的電子的作用力，其它依此類推。表中各族元素，於第六週期的有效核電荷明顯增大甚多，也就是表示該元素之原子核對該軌域上的電子有特別大的束縛力，這就是為何6s軌域上的電子有特別大的惰性。由此可說明為何ⅢA族（13族）、ⅣA族（14族）與ⅤA族（15族）之第六週期離子的安定性：Tl+ > Tl3+、Pb2+ > Pb4+、Bi3+ > Bi5+。
延伸教學說明
在參考資料1（列在最後）中有提到：在溶解度規則表中，三種陰離子（Cl−、Br−、I−）會與五種陽離子（Ag+、Pb2+、Hg22+、Cu+、Tl+）等生成沉澱。根據「惰性電子對效應」，教師可以清楚向學生說明金屬鉈為何以一價的亞鉈離子（Tl+）存在。
在參考資料2（列在最後）中有提到：化學家經由實驗結果知道鉛離子的安定性Pb2+ > Pb4+，就利用這種特性設計出一個至今仍在使用的蓄電池：鉛酸電池。在鉛酸電池中，陽極是鉛（Pb），陰極是二氧化鉛（PbO2），電解液是硫酸，放電時，陽極的鉛氧化並與電解液中的硫酸根生成硫酸鉛（PbSO4），陰極的二氧化鉛中安定性較低的四價鉛（Pb4+）則還原並與電解液中的硫酸根生成硫酸鉛（PbSO4），請注意，陰陽兩極都是生成穩定的二價鉛離子。充電時，再利用電能將二價鉛離子分別變回原來的金屬鉛與二氧化鉛。
n 疑難問題二：如何解釋臭氧分子（O3）具有分子偶極？
前言
在分子偶極的試題裡，時常有一題造成教師與學生們困擾的問題：「臭氧分子到底有沒有極性？」。以分子極性的教學而言，教師們都會先介紹鍵偶極，敘述如下：由相同原子形成的共價鍵沒有鍵偶極，以Cl2為例，如圖1（左）所示，由不同原子形成的共價鍵則有鍵偶極，以HCl為例，其鍵偶極以向量表示，方向由帶部分正電荷（δ+）之氫原子的一端指向部分負電荷（δ−）之氯原子的一端，向量長短則表示鍵偶極的大小，如圖1（右）所示。接著介紹分子偶極：將鍵偶極以向量和的方式處理，若向量和為零，表示此分子之分子偶極矩為零，屬於非極性分子，圖2（左）為CO2分子，其鍵偶極的向量和為零，因此CO2分子為非極性分子；若向量和不為零，表示此分子具有分子偶極矩，屬於極性分子，圖2（右）為NH3分子，其鍵偶極的向量和不為零，因此NH3分子為極性分子。問題來了，臭氧分子形狀如圖3所示，其中兩個共價鍵都是由氧原子結合而成，依鍵偶極的定義，這兩個共價鍵應該都不具鍵偶極，因此臭氧分子也應該不是極性分子，但是正確答案都將臭氧分子列為極性分子之一，而解答的解析都是一句話帶過：「臭氧分子是唯一的例外」。學生對化學這個學科的抱怨，最主要的原因是有太多的例外，教師若不能說清楚，只好要學生「背下來」，這就難怪學生會覺得化學無趣。有沒有辦法清楚說明臭氧分子為何具有分子電偶矩？請往下看。
圖1：非極性共價鍵（左）和極性共價鍵（右）
圖2：CO2為非極性分子（左）和NH3為極性分子（右）
（圖片來源：選修化學上，翰林出版社）
圖3：臭氧分子
臭氧分子為分子偶極矩的說明
臭氧分子為何具有分子偶極矩的說明如下：
(1) 臭氧分子結構見於圖3，但是其分子有四個共振結構，如圖4所示。
圖4：臭氧分子的共振結構
（A）、（B）兩共振結構中，氧原子皆符合八隅體法則（octet rule），屬於主要貢獻的結構，（C）、（D）兩共振結構中，存在不符合八隅體法則的氧原子，屬於不重要的結構。
(2) 因為位於中間的氧原子具有孤對電子，所以其分子形狀應該是折線形。因此，圖4之（A）、（B）兩共振結構之分子形狀可表示如圖5（A）、（B）所示，這兩個共振結構也可以圖5（C）的方式表示。
（A） （B） （C）
圖5：O3的共振結構示意圖
(3) 現在我們要計算圖5之臭氧分子中三個氧原子的形式電荷（formal charge, FC），以進一步了解臭氧分子中三個氧原子的電荷分布情形。形式電荷的計算式：
（V為價電子數，N為未鍵結價電子數，B為鍵結價電子數），以圖5（A）臭氧分子為例，計算如下：
(a) 最左邊的氧原子之
(b) 中間的氧原子之
(c) 最右邊的氧原子之
計算結果如圖6（A）所示，以同樣的方式計算圖5（B）臭氧分子，可得臭氧分子中三個氧原子的形式電荷分別為：−1、+1、0，如圖6（B）所示。
（A） （B） （C）
圖6：臭氧分子中三個氧原子的形式電荷
(4) 由於共振結構的緣故，圖6（C）左邊的氧原子應與右邊的氧原子有相同的形式電荷，因此這兩個氧原子的形式電荷都是
。
(5) 由形式電荷的計算結果可知，臭氧中的化學鍵電荷並非均勻分布在兩個氧原子上，因此並不適用前述「由相同原子形成的共價鍵沒有鍵偶極」的說法，其實中間的氧原子與左右兩個氧原子都具有一個鍵偶極，如圖7（A）藍色箭頭所示，這就可以解釋臭氧分子為何具有分子偶極矩。
（A） （B）
圖7：臭氧分子的鍵偶極
(6) 再延伸一個鍵偶極的概念：若一個分子的中心原子存在孤對電子，則此孤對電子與中心原子也存在鍵偶極。因此，臭氧分子鍵偶極的正確表示法應如圖7（B）紅色箭頭所示。那藍色箭頭的向量和或不會正好與紅色箭頭抵消，使得臭氧分子還是不具有分子偶極矩，也就是臭氧分子應該是非極性分子呢？
(7) 筆者於Lange’s Handbook of Chemistry查到臭氧之分子偶極矩為0.534D，表示臭氧分子孤對電子形成的鍵偶極與兩個O−O的鍵偶極之向量和並不為零，由此可確認臭氧分子是一個具有分子偶極矩的極性分子。
n 參考資料
1. 劉新錦、朱亞先、高飛編著，無機元素化學（第二版，2010），科學出版社。
2. 選修化學（上），翰林出版社。
3. James G. Speight, Lange’s Handbook of Chemistry, Sixteenth Edition, McGraw-Hill.
化學教育者的天堂—參加2016 BCCE心得 ／ 翁榮源
星期二 , 6, 9 月 2016 國內外化學教育交流, 第15期/2016年9月 在〈化學教育者的天堂—參加2016 BCCE心得 ／ 翁榮源〉中留言功能已關閉化學教育者的天堂—參加2016 BCCE心得
翁榮源
靜宜大學應用化學系
[email protected]
n 第24屆BCCE雙年會
感謝科技部暑假短期研究的計劃補助，本人2016年7月31日–8月4日來到風光明媚的美國北科羅拉多大學（University of Northern Colorado, UNC），參加兩年舉辦一次的第24屆化學教育雙年會（Biennial Conference on Chemical Education, BCCE）。從本人短期研究學校—伊利諾大學（University of Illinois, UI）搭機來到海拔1600公尺高的丹佛機場，還要搭交通車到北科羅拉多大學，倒是沒有想像中的呼吸困難症狀。報到後進入宿舍，雖簡單但所有住宿設施都有，兩人一間共用衛浴，每晚US$60，住學校宿舍還供早餐吃到飽，真是物超所值。最重要的網路WiFi這裡也有，這樣就可上FB，連上Line，與臺灣的家人和朋友聯絡。
從第一天開始就是滿滿的行程，這屆雙年會總共1200篇化學教育論文報告，超過2000位國際學者參加，對化學教育者而言每一篇論文都是寶藏，報名費還含一次晚餐、一次野餐及四次午餐，都可以隨意吃到飽，菜色豐富且營養十足，每天的中段休息時間還有吃不完的點心和飲料，招待可謂貼到心肝底處（見圖一）。
圖一：2016 BCCE會場
n 「翻轉教室」蓬勃發展
此次會議中遇到臺灣大學化學系佘瑞琳老師，她最近幾屆都來參加。身為化學教師的我們，參加BCCE就好像到了寶山一樣，世界上所有的化學教育工作者幾乎全部到齊，把他們的最新教學經驗分享給所有與會者，當然我們也絕不會空手回家。這ㄧ次佘瑞琳老師分享「臺灣大學普通化學實驗翻轉教室成果」非常成功，流利的英文，值得效法的流程，非常受到與會化學教授們的讚揚。臺灣大學化學系集合全臺灣的化學高手在此就讀，傳統的課程本來就很難讓這些學生滿足，佘老師能夠在普通化學實驗中導入Journal of Chemical Education的實驗題材給學生自主學習並發表他們的實驗成果，此教學得到學生高滿意度的肯定，這是相當令人振奮的成果。
本人最感興趣的主題是「翻轉教室」（flipped classroom），在此次會議中「翻轉教室」的文章，除了本人所主持的兩天三場會議約30篇論文外（見圖二），估計還有近50篇相關論文發表，可見「翻轉教室」正在科學教育最頂尖的美國蓬勃發展中，其中化學教育領域亦復如此，實在令人感到振奮。
圖二：本人主持會議議程之一
近年來科技軟硬體發展迅速，在大學教室裡學生人手一部電腦╱一支手機，其實教師的上課內容在網路上已有更好且更深入的解說，學生懂的知識有些比教師還多還正確，這樣的情況已經讓目前大學教師無所適從，正面臨著學生翹課、上課睡覺及玩手機等不知如何是好的窘境。每一位教師都有其應付衝擊的模式，「翻轉教室」可能是一個解決科技工具衝擊潮流的方式。以學生為學習中心的「翻轉教室」模式，已經在臺灣流行多年，各種翻轉模式應運而生，只要教師不在課堂講課，學生變成上課的主角就叫「翻轉教室」。以這次分享「翻轉教室」的論文為例，化學課的人數不限制，學生人數20-400個，助教0-10個，教師1-3個。翻轉教室的結果，雖然仍有部分學生希望回復傳統的教學，但絕大部分的學生都有相當程度的滿意度與成績進步，尤其在成績較差同學部分會有非常顯著的差異性。
n 「翻轉教室」的教學經驗
本人在靜宜大學基礎化學課程「翻轉教室」的經驗，學生對於新學習和新教學模式都表現出好奇與興奮，本人先把上課內容預錄並放在YouTube上，然後讓學生在家觀看學習，可以隨時中斷或隨時重複（完全沒有程度的差異）。由於學生的耐性不佳，因此所有的影片每段只有2-5分鐘，每一章總共15段影片，用心看完所有影片只需要不到1小時，到學校上課時前15分鐘分組討論，教師在各組間走動協助，一節課只討論5個影片內容（5個ACS考題）也就是5個最主要概念（主題概念），「翻轉教室」流程中教師扮演最關鍵的角色，如何從學生的口中引導出所要傳達的概念，必須像胡瓜和吳宗憲主持節目般的用盡一切努力，一步一步的把關鍵知識引導出來，過程中同組間的互助以及教師與學生的互動，都是非常重要的環節（見圖三）。隨便舉兩個題目給大家參考：
試題一：The herbicide level in the soil in a corn field was measured at 1.0 ppb. How many μg of herbicide are present in 1.0 Kg of soil?
(a) 1.0 μg (b) 10.0 μg (c) 100 μg (d) 1000 μg (e) 0.1 μg
教學影片會介紹ppb的定義以及計算的應用，讓學生了解part per billion的英文字中的每一個字的解釋，1 μg = 10-6 g & 1 kg = 103 g的單位轉換，但不會直接給答案，讓學生自己找出答案。
試題一：Which of the following element put into a dice will call out any number you want?
(a) Mg (b) Fe (c) Pb (d) Hg (e) Si
教學影片會介紹魔術骰子的定義以及賭徒的應用，每一個骰子有6個面，理論上出現任何一個數字的機率是1/6，但化學家介入製作出來的骰子可以出現任何你想要的號碼，裡面有哪一個化學物質，同樣的不會直接給答案，讓學生自己找出答案。
透過遊戲式的分組合作討論，教師利用抽籤和搶答等加分模式，充分利用成績控制學生們的參與及合作機制。每一章結束後，學生必須上網參加平時考，每章15題單選題就是上課討論的題目，當天晚上12點前必須作答完畢，落實每位同學都已經學會該章所要傳達的關鍵知識。依據統計分析，研究結果顯示，「翻轉教室」確實比傳統教學的學習成效提升許多，學生滿意度也有相當高的肯定，尤其是女生進步幅度更大，可能是女學生們對分組討論和教學相長的「翻轉教室」模式更為適應。
圖三：學生同組間的互助討論
n 第25屆BCCE雙年會
下一屆化學教育家的天堂聖會—2018年7/29-8/2第25屆BCCE會議將在美國芝加哥附近的Notre Dame University舉行，希望所有化學教育的愛好者能夠都來參與，我保證每一個人都會收穫滿滿，擁有一次非常豐盛的國際化學教育旅程。
參加ICCE 2016古晉行的過程和心得 ／ 傅麗玉
星期一 , 5, 9 月 2016 國內外化學教育交流, 第15期/2016年9月 在〈參加ICCE 2016古晉行的過程和心得 ／ 傅麗玉〉中留言功能已關閉參加ICCE 2016古晉行的過程和心得
傅麗玉
國立清華大學師資培育中心
[email protected]
第24屆國際化學教本研討會（24th International Conference on Chemistry Education, ICCE 2016）是國際純化學暨應用化學聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）所屬的教育研討會，是全世界最重要的化學教育研討會。每兩年在不同的國家辦理，至今辦理48年正辦理第24屆。2010年ICCE曾在我國的臺北市舉行。本屆ICCE由亞洲馬來西亞主辦，於沙勞越省的古晉市辦理。
n 會議開幕式
會議開幕式非常隆重，當地的行政首長也出席。以馬來西亞的國歌開場，全體與會人員均起立一起唱國歌。在筆者所參加過的各國研討會，首次看到以國歌開場的方式。之後由沙勞越的長官Datuk Patinggi Tan Sri (Dr.) Haji Adenan bin Satem派代表致詞。馬來西亞化學學會會長Dato Dr Ong Eng Long與本屆ICCE會議主席Datuk Dr Soon Ting Kueh博士上台致詞。馬來西亞國內化學界重要的貴賓都應邀出席（見圖1）。筆者在會場結識其中幾位貴賓（見圖2）。本次會議共有來自34個國家的500多位學者參加。
圖1：開幕式全體與會人員起立唱國歌（左），沙勞越政府代表致贈禮物給大會馬來西亞化學學會會長（右）
圖2：筆者與與會的貴賓合影
n 會議演講與論文
2010年以鈀催化的交叉偶聯有機合成（palladium catalyzed cross couplings in organic synthesis）的研究獲諾貝爾化學獎的日裔教授根岸英一（Ei-ichi Negishi），應邀以Pursuit of My Dreams for Half-a-Century與Magical Power of Transition Metal Catalysis: Past, Present and Future為題，做開場的大會演講。根岸英一教授一開始就幽默地表示，獲得諾貝爾獎的機率是1/107。然後開始講述他在學術研究75年的奮鬥過程以及化學上的重要研究成果，並且提出具體建議，幫助大家邁向諾貝爾獎之路（見圖3）。
圖3：2010年獲得諾貝爾化學獎的日裔教授根岸英一的開場大會演講
大會的第二場重要專題演講是Peter Atkins教授的演講。Peter Atkins教授是國際知名的化學教科書作者，筆者就讀臺灣師範大學化學系時，就已經讀過他的書，感覺特別親切。Peter Atkins教授講題為Sustainability through attainability。他強調要推動為全人類謀幸福的化學。化學教育不只是針對學校的學生，更要面對社會大眾。無論是傳遞抽象化學概念的化學家或是將化學概念與生活應用串連的人都需要耐心，因為這是一段非常遙遠的路。他建議可行的方式之一是先確認化學的核心概念，並以具說服力與簡單的方法呈現（見圖4）。他所提出的化學核心概念包括：
1. Matter is composed of atoms （物質是由原子組成）
2. The elements lie in related families （元素位於相關的族）
3. Atoms link together to form compounds （原子連接在一起，形成的化合物）
4. Shape is of great importance （形狀是非常重要的）
5. There are residual forces between molecules （分子間有殘餘的力）
6. Energy determines allowed change （能源決定允許改變）
7. Energy and matter tend to disperse （能量和物質趨於分散）
8. There are barriers to reaction （有反應的障礙）
9. Atoms can exchange partners （原子可以互相交換夥伴）
圖4：Peter Atkins教授的演講
另一場令人印象深刻的演講是Robert Bucat教授的專題演講，講題為Motivation and the Undergraduate Chemistry Student。Robert Bucat教授與筆者已經認識10年之久，個性風趣幽默。在演講中，以幾近角色扮演的方式演講，吸引大家全程的注意力。講演的重點是如何採取具體行動，引發大學部學生學習化學的動機。不要將學習環境侷限在校園與教室中，因為有許多具有激發高度學習動機的環境是在更大的環境中。我們應該從學生的眼中，尋求激發學習動機的課程與教學，而不是從學科專家的角度決定課程（見圖5）。
圖5：Robert Bucat教授的演講（左），筆者在參訪生態公園時與Bucat教授合影（右）
以Globalization of chemistry education: Comparison of K-12 Chemistry Standards across the World為題，受邀做專題演講的國立臺灣師大科學教育研究所邱美虹教授是本次大會的一大亮點（見圖6）。該研究係一跨八個國家的化學課程標準的分析與比較研究，並且從中探討當前全球與各國在地化學教育的挑戰與契機。
圖6：邱美虹教授的演講
此外，還有來自中國清華大學的李強教授，以Innovative Design of Chemistry Experiments for MOOC General Chemistry – An Advanced Placement發表其所製作的MOOC的普通化學課程（見圖7）。整體製作品質相當好，且兼具互動性質。以華語發音。在中國大陸相當受到歡迎。這是值得同樣是講華語的我國化學教育界特別注意的。
圖7：李強教授發表MOOC的普通化學課程（左），與筆者合影（右）
還要特別注意的是，Peter Mahaffy 教授宣布的新的元素與同位素週期表，由IUPAC（International Union of Pure & Applied Chemistry）所制訂，聯合International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC)共同進行宣導。並設有官方網站www.isotopesmatter.com，希望全世界化學教師善用該網站所提供的教學資源協助宣導教學。
n 筆者論文發表
筆者在會議中，以Go Go Giwas Chemistry: Chemistry Learning in a Series of Indigenous 3D Animations為題發表論文，該論文係屬科技部產學合作計畫「吉娃斯愛科學—飛鼠部落原住民族3D科學動畫系列（MOST 103-2515-S-007-008-MY3）」之科學動畫影片研發成果。筆者首先說明Go Go Giwas的基礎學習理論以及研發方法。接著播映第一集「古戰場新願望」的英文字幕版本（見圖8）。由於現場視聽設備相當好，空間大小適當，因此播映效果極佳，聽眾反應非常熱烈，詢問度極高，也讓筆者收到許多來自不同國家學者的名片，而且主辦單位發給筆者的論文發表證明書（見圖9）。
圖8：筆者進行論文發表
圖9：主辦單位發給筆者的論文發表證明書
n 其他會議活動
1. 青年化學大使
ICCE會議致力於培養青少年化學人才。每一屆均有專家設計動手做的化學學習活動，安排時段邀請會議所在地的學校師生參加，稱為青年化學大使（Young Ambassadors for Chemistry, YAC）。筆者也參與本屆的活動（見圖10）。
圖10：筆者參與青年化學大使的動手做活動
2. 大會文化晚宴
大會安排的晚宴非常有文化特色，尤其是不同族群的原住民族的表演。我國出席大會的成員也應邀上台表演，引發熱烈反應。大會主席Datuk Dr Soon Ting Kueh也與我們一起合唱（見圖11）。
圖11：筆者在大會晚宴前與原住民族表演者合影（左），臺灣團隊在大會晚宴上共同高歌（右）
3. 生態與文化參訪
本屆ICCE大會安排活動參觀文化村原住民族文化生活展示和Semenggoh Wildlife Center生態園區（見圖12）。
圖12：參觀文化村原住民族文化生活展示（上）和Semenggoh Wildlife Center生態園區（下）
還有，筆者參觀Sarawak Museum、Textile Museum Sarawak以及華族博物館，瞭解婆羅洲原住民族與華族文化生活（見圖13）。
圖13：筆者參觀Sarawak Museum（上左）、Textile Museum Sarawak（上右）以及華族博物館（下）
4. 拜訪古晉南市市長
會議同時，經由臺灣團隊成員之一的義守大學黃耿祥教授以及古晉當地的留臺同學會黃國維主席等促成，增加行程拜訪古晉南市的曾長青市長。拜訪行程引發當地新聞媒體報導，也讓我們意外地登上當地媒體（見圖14）。曾市長不但熱情接見我們，還安排我們在8月20日週六上午七點參觀他的重要政績—「東實都民眾市場」。該市場是由一處雜亂的市集搬遷到現址，原本攤商都相當抗拒，但在曾市長極力的推動規劃下，「東實都民眾市場」變成古晉市最有特色的菜市場。市場內非常整齊清潔，依照商品性質規劃動線。二樓餐廳更是依照在地民眾不同的文化飲食禁忌妥善規劃，難怪攤商們見到市長都非常真誠地問好。市長還在二樓餐廳接待我們吃當地的傳統早餐（見圖15、圖16）。
圖14：拜會古晉南市的市長曾長青先生（上），參訪訊息為當地媒體報導（下）
圖15：古晉南市市長曾長青先生接待臺灣團隊（上），品嚐實都東民眾市場早餐美食（下）
圖16：古晉南市市長曾長青先生接待臺灣團隊參訪實都東民眾市場
n 與會心得
本次ICCE會議所在地古晉市（馬來語：Kuching）是馬來西亞砂拉越州的首府和馬國第四大城市，也是東馬來西亞與婆羅洲全島內最大的城市。古晉的博物館曾被喻為東南亞館藏量最豐的博物館。當地的居民廣泛地使用馬來語、英語與華語。古晉有相當豐富的原住民族（當地稱為土族）的文化特色，對從事原住民族科學教育的筆者而言，收穫特別多。尤其發現當地主要的原住民族族群為Dayak people（達雅族），其族名發音與臺灣原住民族的一族「泰雅族（Atayal）」族名發音相似度極高，且傳統生活慣習與圖騰也高度相似。更加印證臺灣是南島語族起源地的學說。
本次會議最大的收穫在於聆聽化學界大師對於化學教育的看法以及所建議的具體做法，並且與國際上，知名的化學教育家互動交流，吸收新的教學思維與教法。其次是將〈GO GO Giwas 吉娃斯愛科學〉的成果推展到東南亞以及其他國家，提昇我國在科普傳播領域成果的能見度。此外，筆者也經由論文發表，發現東南亞地區對於華語發音的科普傳播產品的需求，值得科技部注意。
在拜會曾市長的過程中，與當地留臺同學會成員的互動，感受到留臺學子對於臺灣的深厚情感，而且發現其對於華語教育的需求非常急切，也都希望子女能到臺灣接受高等教育。因此，東南亞是值得我國政府多加經營關注的地方，在強調南進政策的同時，不只是關注經濟面的議題，更應加強教育面的交流互動，畢竟教育與文化是一切政策的基礎。
此次會議，臺灣團隊的所有成員都各自發揮本身既有的學術研究專長與才藝技能，在不同面向與不同的層次，表現最強的團隊精神（見圖17）。慈祥和藹的Bucat教授與筆者在話家常時，特別提到他非常欣賞臺灣團隊，25th ICCE後年在澳洲舉辦時，他希望能邀請我們去他家作客。透過真誠的態度與學術專業的表現，讓一場學術的交流在無形間為國家建立良好的外交關係，這是臺灣團隊的整體表現值得高度肯定。
圖17：臺灣團隊與其他國家化學教育者好友合影
參加ICCE 2016發表論文感想 ／ 鍾曉蘭
星期日 , 4, 9 月 2016 國內外化學教育交流, 第15期/2016年9月 在〈參加ICCE 2016發表論文感想 ／ 鍾曉蘭〉中留言功能已關閉參加ICCE 2016發表論文感想
鍾曉蘭
新北市立新北高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 前言
從2006年開始，筆者跟隨國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授參加韓國首爾舉辦的國際化學教育研討會（International Conference on Chemistry Education, ICCE）到今年馬來西亞古晉市舉辦的2016年ICCE，筆者總共參加過五次ICCE會議，每次都有不同的感受與收穫，今年的參與經驗特別不同，除了跟邱美虹教授、楊水平教授和傅麗玉教授一同參與，還多了七位教育部高中化學學科中心的夥伴，讓此行更多姿多彩、豐富有趣。
此次參加的主要目的除了口頭發表一篇關於電化學建模教學的個人行動研究之外，還有另一項重要的工作—幫助荷蘭Lida教授進行青年化學大使（Young Ambassadors for Chemistry, YAC）活動，讓古晉市當地的中學老師與學生體驗親手做個人清潔用品的樂趣。參加研討會的過程，聆聽不同國家學者的研究分享，也讓筆者獲得不少的新知識與學習他人的研究歷程。
參加研討會除了學術方面的收穫，每次的晚宴不論美味的食物還是特殊的表演，總是令人回味再三。當地的文化與美食之旅，更是讓筆者留下難忘的回憶。
n 協助YAC活動
2010年臺北舉辦的ICCE，受邱美虹教授的指示，帶領當年筆者的高三學生參與YAC活動，當時學生的回響極佳，有些學生上了大學還念念不忘當時的活動經驗。今年荷蘭Lida教授在ICCE研討會報到當天，先在古晉市的科學中學舉辦科學教師與英文教師的清潔用品的DIY工作坊，然後在研討會開幕當天下午舉辦中學生與社會大眾的YAC活動，邱教授再次希望筆者能擔任助手，幫助Lida教授，讓活動能順利進行。
研討會報到一早，國立武陵高中張明娟老師跟我就跟隨Lida教授，風塵僕僕的抵達郊區的科學中學，進行清潔用品的DIY的實作活動與小組產品發表活動。在Lida教授的細心安排下，我們協助參與工作坊的教師們一一完成DIY的作品，製作髮膠的過程常常容易出問題，最後在大家努力下，各組終於完成一系列的產品，並精心設計小組的產品廣告海報與發表戲劇演出，讓明娟老師與我印象深刻的是名為「True Love」的產品，從產品的顏色、包裝設計、香味、小組海報和表演活動一致性非常高，我倆最後決定最佳產品就頒給「True Love」。講評時間我們需要用英文跟參與的老師們說明得獎的原因，這真是考驗我的臨場反應啊！努力把多年學的英文實力發揮出來，總算把我心中的想法表達出來。中學教師進行清潔用品的DIY工作坊的實況如圖1所示。
圖1：Lida教授帶領中學教師進行清潔用品的DIY的實作活動
開幕典禮當天的下午在研討會場舉辦學生與大眾的YAC活動，主要是由早上參與的教師們帶領學生進行DIY活動，再藉由學生帶領現場的社會大眾們體驗科學活動，是一個非常有教育意義的科學實作活動。看著學生們努力製作產品，發揮說、學、逗、唱的本領講解自己產品的設計理念，努力推銷自製的產品，過程非常有趣，也讓與會的嘉賓們對整個活動讚賞有加。高中學學生進行清潔用品的DIY工作坊的實況如圖2所示。
圖2：高中學生進行清潔用品的DIY工作坊的實況
n 發表論文感想
其實連同這次，筆者已參與多次的國際研討會，用英文口頭發表個人研究，應該是駕輕就熟，理論上不應該太緊張，但此次是在最大的主場發表，當時台下聆聽的與會人士大概近百人，讓站在台上的筆者非常緊張，深怕英文念錯，無法讓台下的聽眾理解筆者的研究。
筆者站在台上努力分享個人的行動研究，主題是：探討建模歷程的教學情境對高中學生認知能力之影響—以電化學為例，研究主要目的是完成建模歷程與多重表徵模型教學活動及教材設計並將成果應用在教學上，以提升高二學生在電池的科學學習與概念改變。此外在教學活動中，教師明確的連結巨觀、次微觀與符號三種不同層次的表徵，增進學生理解影響電化學的微觀機制，也讓學生學習以不同的表徵與策略來學習抽象的化學概念，部分PPT見圖3。
圖3：口頭發表之PPT實例
此次發表研究初步的成果分為四方面：
一、 研究設計的建模文本與建模教學有助於學生理解電池概念與增進學生的建模能力，在整體概念與建模能力都顯著優於對照組（一般教學）。特別在電池功用的次概念與模型建立、模型效化與模型建立等次建模能力上，建模組學生亦顯著優於對照組學生。
二、 教師以電池圖像教學配合師生討論，有助於學生學習電池的組成與成份關係，可幫助學生破除迷思概念與提升其解決問題能力。
三、 設計生活中的小實驗，藉由動手做與小組協商的歷程讓學生主動學習與從事探究活動，不僅可以讓學生對於科學概念的學習達到深層的瞭解，也提升學生解決問題的能力，學生對實驗活動評價也是最好的。
四、 在教學活動中，教師明確的連結巨觀、次微觀與符號三種不同層次的表徵，可增進學生理解影響電化學的微觀機制，也讓學生學習以不同的表徵與策略來學習抽象的化學概念。
在同場次的研究類型中，筆者的研究屬於實徵研究，研究方法是準實驗法，研究方法與研究結果說明很詳細，台下的聽眾似乎也努力理解筆者的研究歷程，最後筆者也盡可能詳盡的回答主持人詢問的問題。當鈴聲響起，筆者從主持人手上接到發表證明書，心中終於放下一顆大石頭，暗暗給自己一個「讚」，心中暗喜：啊！又順利完成一次英文口頭發表。筆者發表論文的情形如圖4所示。
圖4：筆者發表論文的情形
n 難忘的晚宴與美食之旅
本屆研討會的晚宴是我們這群教師們殷殷期盼的重頭戲，從一開始當地原住民的迎賓儀式，那美麗而炫亮的各種服飾，謀殺不少底片，也讓我們的眼睛目不暇給。上菜秀的點點燭火，好像回到臺灣喜宴一樣，新鮮又有趣，一道道的美食也讓我們的胃暖暖又飽飽，味道跟臺灣非常相近，後來才知道古晉有許多留臺的學生，回國後把臺灣美食在古晉發揚光大。
當晚除了當地安排的精心表演（很像我們原住民的舞蹈與歌唱），其他國家也表演一些長笛演奏與演唱，研討會主辦人Datuk Dr Soon Ting Kueh請邱教授上台高歌一曲，我們臺灣團隊一行十幾人，載歌載舞的演唱「甜蜜蜜」、「月亮代表我的心」，兩首歌曲表演過程炒熱現場氣氛，也讓其他國家的與會學者對臺灣團隊印象深刻。臺灣團隊在ICCE晚宴的表演實況如圖5所示。
圖5：臺灣團隊在ICCE晚宴的表演實況
因緣際會下，義守大學黃耿祥教授與古晉留臺同學會的幹部在古晉美食節（像臺灣的夜市）巧遇古晉南市曾長青市長，因而安排某一天下午我們臺灣多人與日本兩位代表一起拜訪曾市長，雙方相談甚歡。隔天一早市長再度邀請我們參觀古晉新建的傳統市場，了解當地人的食物與品嘗美食，新鮮的食材讓人看得目不暇給，好吃的食物則讓人食指大動、唇齒留香。古晉南市市長賢伉儷與臺灣團隊合影如圖6所示。
圖6：古晉南市市長賢伉儷與臺灣團隊合影
n 結語
此行ICCE研討會不僅讓筆者腦力充實不少，同時跟高中化學學科中心的夥伴們感情增加不少，回國時行囊也增重不少，滿滿的美好回憶，滿滿的伴手禮與美食…。期待兩年後的雪梨ICCE研討會還有機會能跟教授們和高中化學學科中心的夥伴們一同參加，創造更多令人難忘的回憶。
n 參考文獻
鍾曉蘭、彭立浩和謝進生（2013）。探討建模歷程的教學情境對高中學生認知能力之影響—以電化學為例。101學年度教育部中小學科學教育專案結案報告（未出版）。新北市立新北高級中學，新北市。
參加ICCE 2016發表工作坊與心得分享 ／ 廖旭茂
星期六 , 3, 9 月 2016 國內外化學教育交流, 第15期/2016年9月 在〈參加ICCE 2016發表工作坊與心得分享 ／ 廖旭茂〉中留言功能已關閉參加ICCE 2016發表工作坊與心得分享
廖旭茂
國立大甲高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]
n 前言
一段旅程的精彩，往往不是來自精心的規劃，而是隨變數而流轉的心境。
2016年8月中旬，很高興能跟教育部高中化學學科中心（簡稱化學學科中心）的夥伴一起前往馬來西亞砂勞越州古晉市（Kuching），參加第二十四屆國際化學教育研討會（24th IUPAC International Conference on Chemistry Education, 24th ICCE, ICCE 2016），從一開始的歡迎酒會，到開幕式後的精闢的大會專題報告，分組presentation，特色海報展、熱絡交流會議晚宴（Conference Banquet），以及團體生態旅遊到離別依依閉幕結束，筆者趁記憶鮮明時，將自己發表工作坊（workshop）的準備、演示、交流過程與以及古晉所見所聞、及參與心得，跟大家分享。
n 工作坊發表
筆者在此研討會的工作坊題目為Green Strategies for Learning Organic Chemistry: Odorless, Visible, Touchable, Playable Experiential-Learning（學習有機化學的綠色策略：無臭、看得到、觸摸得到、可玩的體驗學習），在化學學科中心與大甲高中的支持下，在ICCE研討會中舉行，主要分享大甲高中團隊自行設計的分子撲克牌、官能基PAPAGO桌遊以及3D眼鏡，前兩項教具僅供體驗，另外在會場預定安排3D眼鏡的實作。圖1為分子撲克牌與桌遊包。
圖1：桌遊包內包括分子撲克牌和官能基PAPAGO桌遊布
事前準備
工作坊的準備工作相當繁瑣，有了2015 亞洲化學教育研討會（Network of InterAsian Chemistry Educators, NICE）東京未來館的經驗後，準備起來比較得心應手，但心想馬來西亞的熱帶行事風格肯定與日本人低調卻滴水不漏的周延大相逕庭，加上第一次到砂勞越，人生地不熟，所以材料還是盡可能的在臺灣備齊，而在海關會引起麻煩的器具，如熱熔膠槍，則盡量不要帶上飛機，除此還怕超重問題，所以準備起來格外不輕鬆。工作坊預定30人參與，為讓參與的教育工作者能充分體驗，摘要方面按規定，於四個月前寄給主辦單位外，工作坊所需的英文解說海報、圖卡、教具於出發前一個月開始準備，3D眼鏡的組裝，因怕實作時間太長，部分先在學校加工完成，現場只要一些工序即可完成組裝。後來事情的轉變發現事先這些顧慮與辛苦都是值得。圖2為準備的說明A4圖卡。
圖2：工作坊需要的說明圖卡
這次在ICCE國際大型會議中開設工作坊，機會難得，除了努力呈現臺灣化學教師的研發能量外，更要讓參加工作坊的貴賓認識臺灣，認識筆者服務的學校—大甲高中，因此自己設定了一個小目標：「交換名片、合照，努力做好國民外交」，所以也準備了此行限量版特別的電化學教具作為交流的小紀念品，贈給值得交遊的外國友人。圖3為自製的特仕版壓克力蝕刻教具。（註：此項紀念品最後送給了ICCE大會主席Datuk Dr. Soon Ting Kueh與日本學藝大學的Kamata教授，真是開心。）
圖3：圖左為壓克力測面圖，圖右是俯視圖及蝕刻的黃銅片。
啟程交遊
本屆ICCE活動時間是8/15~8/20，我們提前一天前往，報到當天看到大會手冊上的議程才知道跟夥伴的工作坊錯開，而且時間都排在當天最後一個，剛開始覺得很傻眼，因活動場地Borneo Convention Centre Kuching（BCCK）位於砂勞越河的圍繞的的三角洲上，離官方希爾頓飯店有段距離，只能靠接駁交通。擔心時間太晚，沒人來參加工作坊，只好緊急應變，ㄧ有機會就努力行銷宣傳，後來發現這是不錯的策略，帶過去的分子撲克牌與桌遊成了絕佳的交流工具，圖4為午飯後與國外學者的交流時間。
圖4：飯桌上的交流與互動（左），荷蘭籍教授Dr. Lida Schoen合影（右）
改弦易轍
開幕典禮後，看看手冊，並詢問工作人員，原來此次的研討會可能因為交通的方便性，參加的人比往年少，在ICCE 2010（由臺灣舉辦）工作坊上看到很多精彩的工作坊，都消失了，連心目中的微型化學大師—日本Kamata教授，也只有與會沒有發表工作坊；事實上，除了林威志老師與我，沒有其他學者安排實作工作坊，因此工作坊的地點不是固定擺攤，而在一般的會議室內，時間只有二十分鐘，更可怕的是我必須改做口頭報告。這一切都出乎意料之外，在交涉無效後，無奈只能自我調整：先做口頭簡報，3D眼鏡的實作改為體驗、然後在會場加強行銷廣告。真的要感謝化學學科中心夥伴的協助，這一切才能順利開展。圖5為會場行銷時間。
圖5：澳洲教授Prof. Robert (Bob) Bucat（左），中間者為清華大學傅麗玉教授（右）
圓滿收場
筆者的工作坊解說改為口頭報告，真是令人頭痛的事，還好隨身碟中ㄧ些資料，可以派上用場，我規劃報告12~15分鐘，剩下的時間跟其他學者交流，反正是最後一場，只要來得及趕最後一班接駁車就可以了。我的口頭報告首頁破題為今天體驗的內容，為了提升大家參與，我先告知聽眾，報告後我會進行有獎徵答，答對的人有精美紀念品可拿，如此一來大家興趣就來了；第二頁告訴大家我來自2700公里外的臺灣臺中市大甲高中，順便播放學生組裝搖滾巴克球的縮時攝影影片，來介紹學校的特色，這一招蠻有用的，會後真有馬來西亞、中國大陸與菲律賓的學者來跟我表達，到臺灣參訪學校的意願。圖6為口頭報告的首頁與播放影片的簡報過程。
圖6：工作坊的簡報首頁（左），說明自己的來處（右）
口頭報告完，進行有獎徵答，接著就是體驗活動，我們事先跟負責會議的人員要了三張桌子，徵得會議主持人的同意後，將教具依序排開，在化學學科中心劉曉倩老師、蔡孟佑老師、林威志老師、王瓊蘭老師、鍾曉蘭老師以及張雅雯的同心協力下，一面忙著跟與會來賓解說教具的使用，一面忙著拍照、交流，那種「在一起」團隊的感覺，讓我至今回想起來，仍舊感動不已。圖7和圖8為工作坊的交流過程。
圖7：工作坊的解說交流過程
圖8：有獎徵答跟高一個頭的學者合影（左），與瓜地馬拉的學者合影（右）
最令人開心的是在歡迎酒會上遇到的日本總合技術研究所的所長東海林義和（Yoshikazu Shoji, Ph.D）他的同事森京子（Kyoko Mori），也趕來與會，東海林所長一行不是化學教育專長，並不是來參加ICCE的，而是同場地的International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC)，在歡迎酒會上我不明就理賣力推銷，他們一行下午去拜訪古晉市政府，想不到晚上他們沒回飯店休息，還是特地自行搭車趕來。足見日本學者重承諾的一面。
圖9：與東海林所長一行的合影
會中最積極詢問的就屬馬來西亞學者與中國大陸的學者，來參加的馬來西亞教育工作者大多會講中文，溝通半天後，發現中文可通，就直接講中文，還相約來臺灣參訪，或有機會可以到馬來西亞獨中（華僑學校）研習交流。
圖10：與馬來西亞交育工作者合影
大陸團由中國化學會北京師範大學劉正平教授領軍，他們應該也是參訪古晉市政府後特定趕來的，工作坊中他們參與度非常高，一直詢問相關內容， 認真的程度真讓人驚驚，一一解釋後，大家開心合影說再見。活動進行了快一個小時，直到會場人詢問，才驚覺已超時半個多小時，結果害會議主席馬來亞大學教授Prof. Dr. Zanariah Abdullah久候多時，頒完研習證書後（見圖11），大夥一起離開BCCK。
圖11：與工作坊會議主席Prof. Dr. Zanariah Abdullah的合影
意外收穫
ICCE 2016馬來西亞之行給了我非常寶貴的一課：變數是你怎麼事先怎麼規劃，無意中還是會跳出來堵在你面前的，我很感謝此行的變數，讓我的心中預期的小計劃，完美達陣，「內容」永遠是吸引別人目關的利器，好的內容是硬體，而好的「表達能力」卻像潤滑劑，可以讓雙方的交流非常流暢，缺一不可；很開心這些變數的產生，讓我有幸認識了地圖上陌生國度的學者。
圖12：伊朗Urmia大學Nader教授（左），科威特的教授（右）
會中也遇到過去在NICE會議中曾經見到的學者，異地相會，總會有一股莫名的親切感，尤其大會閉幕時，大家揮手相約再見，各奔東西時，內心總是會有一絲絲不捨。
圖13：會後與日本學者的合影
n 古晉見聞
古晉（Kuching），因與馬來語（Kucing）同音，故又稱貓城，座落於砂拉越河岸的一座城市，也是砂勞越州的首府，砂勞越州地廣人稀，地約臺灣三倍大，人口不到臺灣的十分之一，位於北緯1度33分，因位居熱帶雨林，濕度相當高，每天下午幾乎都會下雨。古晉以砂勞越河劃分南北古晉，我們居住的南古晉市，以華人居多，華語、福建話也可以溝通。民風較為純樸，街道充滿移民風格，與西馬不同，印度人、馬來人、華人雖信仰不同，但種族衝突較少，古晉人華僑居多，與臺灣友好，其中不乏到過臺灣旅遊，甚至留學。目前臺北沒有直飛古晉，只能在沙巴轉機，飛行時間，若加上轉機、待機，可能高達10小時，聽說年底會有臺北–古晉直航，藉時前往古晉會更方便。
圖14：城中隨處可見貓的圖騰，不愧貓城之稱。
古晉盛產胡椒、香料、椰漿與咖啡，主辦單位贈送的環保袋中就有一瓶黑胡椒粒。當地人民的飲食即可從市場看出端倪，剛開始不是很習慣，後來就漸漸融入，至今回想起來，還是回味無窮。有機會真要再回到這個純樸的城市啊！
圖15：印度街的香料（左），在菜市場與製作椰漿的老伯合影（右）
n 特別致謝
感謝化學學科中心與國立大甲高中的支持下，與臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的協助，方能在ICCE發表工作坊；感謝彰化高中劉曉倩老師提供寶貴照片得已完成本文。
n 參考文獻
1. 廖旭茂、黃維靜。行動電化學蝕刻––印台和金屬書籤的製作。臺灣化學教育，2014，第2期。網址：http://chemed.chemistry.org.tw/wordpress2/?p=2174。
2. 廖旭茂、許正欣。行動學習新教具─分子撲克牌的開發。科學研習，2015，第54卷，第3期，第36~43頁。網址：http://www.ntsec.gov.tw/FileAtt.ashx?id=2601。
高瞻計畫教師參加ICCE 2016的經過和心得 ／ 劉曉倩、蔡孟祐
星期五 , 2, 9 月 2016 國內外化學教育交流, 第15期/2016年9月 在〈高瞻計畫教師參加ICCE 2016的經過和心得 ／ 劉曉倩、蔡孟祐〉中留言功能已關閉高瞻計畫教師參加ICCE 2016的經過和心得
劉曉倩1, *、蔡孟祐2
1, 2國立彰化高級中學
1教育部高中化學學科中心
*[email protected]
n 參加會議經過
出席第24屆國際化學教育研討會（24th International Conference on Chemistry Education, ICCE 2016）是個偶然的機會，這幾年永續化學概念受到國際學者的重視，期許藉由教育促成及建立永續綠色化學發展，筆者與蔡孟祐老師在去年指導學生的科展作品「重金屬離子吸附暨檢測之循環系統」中就是以淨化水質及環保概念出發，ICCE國際教育化學研討會報名期間受到臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授的鼓勵，第一次參與此國際盛會，內心實為惶恐，畢竟參加會議的成員多為國際知名教授，當筆者論文投稿被大會接受後，內心五味雜陳，因為會議的大多數演說內容有很多教育的專有名詞，筆者本非科學教育出身，對於演講內容中的教學專業領域感到有壓力感，但是學科中心有一群熱血的高中教師夥伴同是參與此一盛會，即使再難的挑戰都有辦法一起去達成，內心頓覺踏實並不孤單！
第一天正式會議是由根岸英一（Ei-ichi Negishi）開場主講，根岸教授是日本化學家，普渡大學講座教授、美國文理科學院院士、美國國家科學院外籍院士。根岸教授是根岸反應（Negishi coupling）的發現者，在有機化學界享有盛譽，因為在「有機合成中的鈀催化交叉偶聯反應」方面做出貢獻，而與理察·赫克（Richard F. Heck）、鈴木章（Akira Suzuki）共同獲得2010年諾貝爾化學獎，最特別的是他的出生地不在日本，也是唯一在滿洲國領土出生的諾貝爾獎得主。
根岸教授的演說以自己的論文研究為主，難度很高，簡報內容好多反應式，電子在幾個反應機構中跳躍，金屬催化有機化學反應基本上就是很環保的作法，因為金屬可以重複使用且對環境不會造成傷害，無奈的是儘管筆者對有機化學的反應機構推論雖然十分欣賞，但是純化學的演講對從事高中教育多年的教師障礙不小，一場演講下來，多數回憶起求學時對有機化學的迷戀。反思在高中課程中，有機化學被排定在選修化學下，學生適逢學測結束，對於下學期課程的熱情不在，課綱又將有機化學內容不斷刪減，教師也無需在解說反應機構上多所著墨，幾年下來功力倒退不少，大師的電子解說留下遺憾，平白辜負根岸教授一片苦心。
第二場演講是由著名英國化學家Prof. Peter Atkins（見圖一）主講，教授曾任牛津大學林肯學院的研究員與講師，研究專長為量子理論，主要教授量子力學與量子化學。他除了研究與教學外，勤於筆耕，在專業教科書方面，Atkins教授寫的〈物理化學〉、〈無機化學〉及〈分子量子力學〉是目前史上最暢銷的三本化學教科書。他對科普教育也十分熱衷，將化學以沒有門檻的方式介紹給一般讀者，著作約有二十餘本，其中翻成中文版的有〈化學元素王國之旅〉和〈化學分子世界導覽〉。
Atkins教授演說簡報善用圖表呈現，清楚易懂的文字敘述，精采動人的圖片，包括史料、畫作、歷史照片、科學攝影等，展現教授在藝術與科學之間的功力，讓聽者很快進入教授的元素世界，獲得很大的啟發。Akins教授演說幽默生動，回答問題時甚至有些俏皮。教授的科普寫作更善於將科學轉化成故事般趣味的閱讀，筆者想起Atkins教授曾經說過的一段話「當你打開這本書的時候（化學元素王國之旅），我希望你也能加入這想像之旅，一起探索方度謹嚴的導航圖：元素週期表。只不過在我們眼中它會是個虛擬國家，名為「週期王國」，這個生意盎然的國度，有丘陵、山脈、峽谷以及平原，我們在廣闊的草原散步，漸漸地會發現蘊藏於地底的隱藏結構，一種未知的運作原則，控制及統御整個王國！
圖一：與國際知名教授Prof. Peter Atkins（右二）合影
n 與會心得
神奇的奈米磁性流體是由奈米磁顆粒、界面活性劑以及承載溶劑所組成的，合成方式目前在網路幾乎都可以找的到，筆者與蔡孟祐老師發表的論文是利用共沉澱法，將氯化亞鐵（或硫酸亞鐵）與氯化鐵依1 : 2的比例混合後，加入過量的氨水，製備奈米級的四氧化三鐵顆粒，利用聚乙烯醇與硼砂產生凝膠化，吸附奈米磁微粒，過濾水中的重金屬離子（發表論文摘要和全文見附錄）。因為實驗裝置及奈米磁微粒複合聚乙烯醇材料可以重複使用，對於教導學生「綠色化學」，降低環境汙染及環保回收再生，有很大的助益。
張貼海報發表時，一位瓜地馬拉教授（見圖二）對於磁性流體很感興趣，當奈米磁顆粒加入水中時，它們會因凡得瓦力的吸引，凝聚成較大、較重的團塊體，因而無法藉由布朗運動而懸浮在水中，所以有其他教授建議可深入探討包覆磁性顆粒的界面活性劑種類，避免凝聚效應發生。
圖二：筆者與瓜地馬拉教授（左一）討論發表論文合影
一位教授也指出一般適用界面活性劑通常可分成兩大類，一是具親水端、親油端型的，如油酸；另一種是具陰、陽離子型的，如氫氧化四甲銨。油酸會利用親水端向內包圍奈米磁顆粒，長鏈狀的親油端向外，形成油膩狀的包覆層，油膩狀的包覆層會拉開奈米顆粒間的距離，避免凝聚現象的發生。而氫氧化四甲銨是四甲基銨離子（陽離子）和氫氧根（陰離子）所組成，氫氧根離子先接近磁性顆粒，而四甲銨離子會因電性相吸，包覆在最外圍，成為帶正電的膠體，膠體間因庫倫排斥力而穩定懸浮在水中，藉由改良奈米磁微粒可以進一步改良水中重金屬離子吸附效果，整個研究成果會更完整。
一般而言，磁流體的應用主要於電子業、機械業等精密儀器上，如馬達的旋轉軸承的真空軸封。磁流體對旋轉軸不產生機械性的摩擦，具有低磨損、無碎屑汙染、高速低滯等優點，廣泛地應用在自動化機械手臂製造上。在醫學領域上，鐵磁流體可被用於癌症檢測以及抗癌的臨床實驗上。像筆者將奈米磁微粒複合材料運用在吸附水中重金屬離子的研究報告並不多，教授們均十分肯定筆者團隊研究成果！
n 建議
古晉（Kuching）位於婆羅洲砂勞越州西端砂勞越河（Sarawak River）河畔，是馬來西亞砂勞越州的首府，而砂勞越州位於馬來西亞半島的東邊，所以有東馬之稱。因古晉馬來語的發音跟「貓」很相近，故又稱「貓城」，當地人也將錯就錯以貓作為城市的象徵，市內建有好幾座貓雕塑，甚至還設有一間以貓為主題的貓博物館，饒富趣味。（見圖三）
圖三：筆者與古晉市內著名貓雕塑合影
雖然古晉是砂勞越最大城市和馬來西亞第四大城市，但穿梭其中卻沒有大城市的繁囂，黃昏時漫步在古晉河畔（Kuching Waterfront）的沿河步道上，老巴剎帶著濃濃的英式建築風情，搭著小舢舨來回砂勞越河兩岸，更是悠閒寫意的賞心樂事。
古晉原屬於汶萊，1841年由英籍詹姆士．布魯克（James Brooke）乘著當地內亂的局勢，成為砂勞越的統治者，為砂勞越創造了歷史繁榮的「白酋長時代」，古晉目前仍遺有不少英國殖民地時代的建築物。但古晉的華人也不少，因此語言方面也是多姿多彩的，馬來語、英語與華語被當地的居民廣泛地使用。
大馬以伊斯蘭教為國教，但仍屬於宗教自由的國度，本地華人多信奉佛教、道教、基督教、天主教等等，所以當地的各式宗廟及建築十分多元，連食物也與西馬明顯不同，古晉勒沙及各式甜點結合當地熱帶植物素材，口味十分獨特。開會期間深刻感受到大會工作團隊對開會現場佈置的用心，連中場休息的小餐點都帶有濃濃的古晉風情，切成條狀後的千層糕像極了積木，外觀十分引人注目，雞蛋、牛奶及香醇的奶油風味，口感像極了臺灣的阿默蛋糕，很受歡迎！（見圖四）
圖四：古晉知名甜點千層蛋糕
唯一遺憾的是，馬國在處理ICCE報名細節上常有疏漏之處，譬如筆者在四月中即開始網路報名參與ICCE會議事宜，但是大會回函確認信通常都要一~二個星期，且刷卡報名流程設計上出現小錯誤，造成報名者可能重複刷卡的情況。去函詢問報名細節時，回函都要一星期以上，當然可能是國際會議報名人數較多，工作人員較不足所致，希望日後若有國際會議活動時，在網路報名流程架設上可以多留意些，避免一些小困擾。
整體而言，整個ICCE會議氣氛溫馨，即使是國際知名教授無論是在白天開會或是晚宴現場都十分親切，能與Prof. Robert (Bob) Bucat（見圖五）一起討論化學教育是此行一大收穫，參與化學教育年會瞬間擴展了自己的視野，雖然開會現場中有些演講太多專業領域有時無法融入，但是經過幾次會議下來也漸能以開闊的心去接受。教育下一代雖沒有一定的教學模式，但是啟發孩子的好奇心，激發學習潛能絕對是必要的，每個國家的教學設備不同，經費也各有差異，但身為教學第一線的教師，應該充滿熱情並會善用週遭生活的器材啟發學生。開會期間能與Lida Schoen教授一起參與分子官能基桌遊教學活動是此行另一大收穫，Lida教授雖然已經七十幾歲，但在化學教育上仍充滿熱情，這次與會期間她帶領臺灣教師到馬國當地學校教導化學在化妝品上的應用—髮膠、沐浴鹽、洗髮精及乳液工作坊，成功吸引很多國際學者的目光。
圖五：筆者與Prof.Robert（Bob）Bucat合影
n 感謝
感謝行政院科技部第二期高瞻計畫贊助此次赴古晉參訪國際化學教育年會（ICCE）所需之機票及住宿生活費用，以及對本校高瞻計畫的支持和指導。感謝國立彰化高級中學行政團隊和高瞻助理石景文先生承辦整個相關業務。最後更要感謝多日陪伴我們的臺灣師範大學邱美虹教授及全國化學學科中心教師團隊（見圖六），一起共同體驗這難得的日子。
圖六：教育部高中化學學科中心部分教師夥伴與其他國家教師交流合影
n 附錄：發表論文摘要和全文
I. Motivation
The Advanced Semiconductor Engineering dumped toxic wastewater in the Houjin creek in 2013. The pollution not only made the pH value of creek water reached 3.02 but also made the Nicole concentration up to 4.38 ppm. The polluted water also polluted the neighbor farmland. This pollution event aroused people’s conscious for rice food safety and made people understanding the important of clean water. If we have mobile water quality testing equipment, it can be used to do the quick testing for water quality and may alert the pollution. That is the reason why we develop this circulation system and establish a comparison curve of heavy metal ions concentration to measurement equipment for this system. By the adsorption effect of nano-iron-oxide for heavy metal ions, we make a simple filter which can effectively reduce the concentration of heavy metal ions. We also study how to achieve the optimum adsorption effect.
II. Research objects
1. To study a new type of nanomagnet-PVC composite.
2. To build a circulation system for adsorbing and detecting heavy metal ions.
3. To establish an analysis process of metal ion concentration by photoresistor.
4. To study the adsorption effect of composite under different conditions.
5. To enhance the adsorption effect of nanomagnet by changing the shape of filter.
6. To study how to increase the lifetime and efficiency of nanomagnet.
III. Experimental equipment
Equipment
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Item |
Quantity |
|
Beaker (1000 ml) |
several |
|
Electronic scales |
1 |
|
Graduated pipet |
1 |
|
Stir bar and Hot plate stirrer |
1 |
|
pH meter |
1 |
|
Circulation system for adsorption and detection heavy metal ions |
1 |
Chemical
|
Ferric chloride |
Sodium acetate |
|
Ferrous sulfate |
2.9-Dimethyl-1.10-phenanthroline |
|
ammonia |
Sodium hydroxide |
|
Alcohol (95%) |
Copper sulfate |
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1.5- diphenylcarbazide |
Solution of potassium dichromate |
|
acetone |
sulfuric acid |
|
Hydroxylamine hydrochloride |
Sodium citrate |
IV. Research principals and methods
1. Principals
(1)Nanomagnet
Natural magnetite is a kind of ferromagnetic mineral. When the magnetite turns into nanometer size, it will become superparamagnetic material. That is because when the size of mineral is nanometer level, both the physical and chemical properties will change. The smaller the particle size the larger the surface area, so the nano-particle can provide more space to adsorb heavy metal ions. Besides, the increase in the number of atoms by the surface then the surface energy also increased rapidly. Such that the surface atoms possess strong chemical activity and more easily combine with heavy metal ions.
(2) Nanocomposites
Nanocomposites are made by basing in resin, rubber, ceramics, and metal then combining with nano-particle. The manufacture process is dispersing the modifier in the matrix material uniformly to form a composite containing the nano-particle.
(3) Photoresistor
In bright condition, the resistance of photoresistor will decrease. In dim condition, the resistance of photoresistor will increase. For a certain wavelength of light, the resistance value will proportional to the concentration of heavy metal ions.
2. Experimental instrument
(1) Figure 1 shows the concentration measurement equipment for heavy metal ions. The light emitted from LED on the top will pass through the heavy metal solution in the tube then reach the photoresistor in the bottom. Use a multimeter to measure the resistance of photoresistor. By a comparison curve of resistance vs. concentration of heavy metal ions, we will know the concentration of heavy metal ions in the solution. We use black paper to wrap the instrument tightly in order to avoid light from outside affecting the accuracy of the experiment.
Fig. 1. The concentration measurement equipment for heavy metal ions
(2) Figure 2 shows the heavy metal ion adsorption filters. The black sponge in the lower left tube is the nanomagnet-PVC composite which will adsorb heavy metal ions when the solution passes through.
Fig. 2. The filter for heavy metal ion
(3) Figure 3 shows the whole circulation system for adsorbing and detecting heavy metal ions. The sample solution will be pumped from the beaker to the entire system. First, the solution will pass through the concentration measurement system. We chose the light color of LED and photoresistor depending on the color of sample solution. The light intensity will change after absorbing by the solution in the tube and the resistance of photoresistor will response to the light intensity. Next, the sample solution will pass through the filter and the nano-iron-oxide will adsorb the heavy metal ions. Finally, the sample solution will return to the beaker. Because the circulation system consists of several components, we can make any desired system as demand.
Fig. 3. The circulation system for adsorbing and detecting heavy metal ions
V. Experimental results
1. We use some different concentration of Cr6+ and Cu2+ solution to build the comparison curve of concentration to the resistance. Figures 4 and 5 show the comparison curve for Cr6+ and Cu2+ solution, respectively.
Fig. 4. The comparison curve for Cr6+ concentration
Fig. 5. The comparison curve for Cu2+ concentration
2. In the following we show the adsorption efficiency of nanomagnet composite under different conditions.
(1) Figures 6 and 7 show the circulation time period vs. the reduction of concentration of Cr6+ and Cu2+, respectively.
Fig. 6. The concentration reduction of Cr6+ vs. time
Fig. 7. The concentration reduction of Cu2+ vs. time
(2) Figure 8 shows the number of filters to the adsorption efficiency of Cr6+.
Fig. 8. The number of filters to the adsorption efficiency of Cr6+
(3) Figures 9 and 10 show the adsorption efficiency of filter for different initial concentration of Cr6 + and Cu2 + in 60 minutes respectively.
Fig. 9. The adsorption efficiency for different initial concentration of Cr6+
Fig. 10. The adsorption efficiency for different initial concentration of Cu2+
(4) Figure 11 shows the adsorption efficiency of Cr6+ for the different concentration of nanomagnet in PVC composite.
Fig. 11. The adsorption efficiency under different nanomagnet concentration
(5) Figure 12 shows how the filter foam shape affects the adsorption efficiency of Cr6+.
Fig. 12. Compare the adsorption efficiency of filter foam shape in sheet and cylinder
(6) We use the HCl solution in different pH value (1 and 7 respectively) to desorption heavy metal ions adsorbed in the filter for 30 minutes then use the desorbed filter to absorb Cr6+ for 60 minutes again. Figure 13 shows the desorption effect for different pH value.
Fig. 13. The desorption effect for different pH value solution
VI. Discussion
1. In the experiment (1), the result shows the nanomagnet and PVC composite can adsorb heavy metal ions effectively. The concentration of heavy metal ions reduce from 3 ppm to 0.11 ppm within 2 hours.
2. In the experiment (2), we study the effect of number of filters to the adsorption. When use two filters, owing to the more nanomagnets the concentration is lower after filtering in the same time period. But the more filters will slow down the flow rate of solution. The entire adsorption effect does not cause a great difference.
3. In the experiment (3), we study the adsorption efficiency under different initial concentration of Cr6+ and Cu2+. The results show that for the final concentrations, the results show an arithmetic progression for different initial concentrations after a certain filtration time. That means the adsorption rate is linearly.
4. In the experiment (4), we study adsorption efficiency of different concentration of nanomagnet in the PVC composite for Cr6+. The lower concentrations of nanomagnet due to the less number of nanoparticles make the adsorption efficiency lower, too. The higher concentration of nanomagnet makes the experiment result not available due to the more number of nanoparticles rushing into and contaminating the solution. It can exchange different composite materials to strengthen the adhesive force of nanomagnet to the material.
5. In the experiment (5), we use different filter foam shape to enhance the adsorption efficiency of Cr6 +. The results show if the filter foam shape is small piece of sheet, the adsorption efficiency is much better. This is because there is more surface area of small piece of sheet than cylinder shape and the heavy metal ions are more easily to contact the nanomagnet.
6. In the experiment (6), we study how to effectively recycle the used filter. The results show the lower pH value solution can desorb the heavy metal ions from nanomagnet effectively, and the desorbed nanomagnet and PVC composite filter can reuse again.
國內外化學教育交流（第十五期）
林靜雯
國立東華大學課程設計與潛能開發學系 [email protected]
n 內容摘要
一、第24屆國際化學教育研討會（The 24th International Conference on Chemistry Education-2016）於8月20日順利閉幕
二、第46屆IUPAC世界化學大會（The 46th IUPAC World Chemistry Congress, IUPAC 2017）
三、IUPAC歡慶一百周年（2019年）活動預告
n 詳細介紹
一、第24屆國際化學教育研討會（The 24th International Conference on Chemistry Education-2016）於8月20日順利閉幕
第24屆IUPAC國際化學教育研討會與純粹與應用化學國際研討會（International Symposium on Pure & Applied Chemistry, ISPAC 2016）合辦，已於2016年8月20日順利於馬來西亞砂勞越古晉閉幕。本次活動之大會手冊請見：http://goo.gl/o0dOaY。
下屆2018研討會將在暑假期間於澳洲雪梨舉行，歡迎大家早些將行程預留，提前規劃。
二、第46屆IUPAC世界化學大會（The 46th IUPAC World Chemistry Congress, IUPAC 2017）
地點：聖保羅，巴西
日期：2017年7月9-14日
相關網址：http://www.iupac2017.org/
摘要投稿：2016年9月1日-2017年1月8日
投稿接受通知：2017年1月31日
早鳥報名優惠截止：2017年2月28日
口頭報告報名截止: 2017年3月5日
本次IUPAC會議主題為以化學發展永續和多樣性（Sustainability & Diversity through Chemistry），會議內容探討分析與食品化學、化學合成、化學工業創新、化學教育…等十二項豐富範疇。已邀請的大會主講者含括三位諾貝爾獎得主：
Ada E. Yonath (Nobel Prize 2009)
Weizmann Institute of Science（以色列）
Kurt Wüthrich (Nobel Prize 2002)
The Scripps Research Institute（美國）
Robert Huber (Nobel Prize 1988)
Max Planck Institute of Biochemistry（德國）
三、IUPAC歡慶一百周年(2019年)活動預告
1919年7月28日，純粹與應用化學國際聯合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）正式成立。時值第一次世界大戰結束不久，全球企業對〝化學〞皆具大量需求。許多研究者認為化學應具有共同的術語、命名、標準等語言才能有利於研究和交流，IUPAC便在這樣的環境氛圍下誕生，並即將於2019年歡慶100周年。100周年是個里程碑，IUPAC將舉辦一系列活動，除慶祝外，更藉著這些活動讓所有人更深入了解IUPAC現在的責任、未來的角色，以及一直以來一步一腳印的成就。
相關的慶祝活動陸續規劃中，初步如下：
1. 2019年7月，IUPAC將於巴黎的世界大會暨會員大會（World Congress and General Assembly）聚會，屆時巴黎將以光之城（city of light）的方式來歡慶IUPAC的百年華誕。此外，2019年也是門德列夫（Mendeleev）發明週期表150周年，同時將有一系列的展示好讓大眾了解IUPAC於化學演進中扮演的角色，化學儀器的革命、IUPAC中一些科學家對化學教育和訓練的付出和貢獻。
2. IUPAC國際日，IUPAC將邀請國際合作夥伴，利用社群媒體讓IUPAC的會員和全球知名化學家將隔空虛擬握手（virtual handshake）。
3. IUPAC LOGO設計競賽，邀請世界各地的大學生、中學生及小學生（分成三類競賽）為IUPAC設計LOGO。競賽徵稿（見圖一）已經開跑，細節請見：http://chemed.chemistry.org.tw/?page_id=3848
圖一：IUPAC 100年標誌競賽