不飽和鍵結的教師示範與學生實作 張佑丞1、楊水平2,* 1國立彰化師範大學化學系（當時大學生） 2國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw 簡介 關於化合物不飽和鍵結的學習內容，在十二年國教自然科學領域的普通型高中課綱中編列在化學科加深加廣選修課程，納入在「有機化學與應用科技課程名稱」，主題為「物質的反應、平衡及製造（J）」，次主題為「有機化合物的性質、製備及反應（Jf）」。此次主題列出與不飽和鍵結有關的條目有二：(1) CJf-Va-2 有機化合物組成。有機化合物的命名、結構及官能基的檢驗與其用途—烴、鹵化烴、醇、酚、醚、酮、醛、有機酸、酯、胺及醯胺；以及(2) CJf-Va-3 常見有機化合物的重要反應。在其學習內容說明方面，CJf-Va-2有二說明：(1) 2-3 示範實驗：常見官能基的檢驗；和(2) 2-4 實驗：醇、醛及酮的性質。而CJf-Va-3有一說明：3-3 苯：僅用示範實驗介紹芳香族與烯類（C=C）的差異（教育部，2018）。 關於化合物不飽和鍵結的實驗，在四家出版社的選修化學教科書中均以示範實驗呈現。其一為「示範實驗：芳香族與烯的差異」，甲苯與環己烯二者的物理和化學性質的異同（葉名倉等，2023）；其二為「示範實驗：常見官能基的檢驗」，以電石製備乙炔，並利用溴水與過錳酸鉀水溶液檢驗烴類的性質（蔡易州等，2023）；其三為「示範實驗：常見官能基的檢驗」，以電石製備乙炔，檢測飽和烴和不飽和烴的性質（張一知等，2023）；其四為「演示實驗：常見官能基的檢驗」，以碘酒分別與環己烯及甲苯反應，僅環己烯可使碘酒溶液褪色（張煥宗等，2023）。在檢驗試劑方面，前三者使用溴水，後一者使用碘酒。 溴水保存期限通常約為半年，褪色後就失去其效用；由出版社提供的影片觀看，使用碘酒的褪色效果短時間不明顯。為克服溴水保存不易的問題，本文設計在使用溴水之前幾週才配製，且依照實際使用量的多寡來配製溴水的體積。為增加示範不飽和鍵結加成反應的精彩度，本文設計在量氣管（或滴定管）裝入溴水和番茄汁，搖晃促使均勻混合，過程中可出現如彩虹般的管柱。本文也規劃學生檢驗不飽和鍵結的實驗，檢驗樣品有日常物品和實驗室藥品，強化與生活的連結，增加親自動手做的機會。 教師示範：示範不飽和鍵結 器材與藥品 器材：錐形瓶（250 mL，附血清塞或矽膠塞） 3個、燒杯（100 mL） 4個、PE滴管（3 mL） 2支、量氣管（50 mL，長度約63 cm，內徑12 mm）或滴定管（附矽膠塞） 1支、漏斗（直徑約9 cm） 1支、電子天平（或簡易天平） 1台、稱量紙 1張、果汁機 1台。 藥品：溴化鈉（Sodium bromide, NaBr） 約0 g、漂白水（含次氯酸鈉溶液） 約50 mL、濃鹽酸（Conc. hydrochloric acid, 12 M） 約3.5 mL、藥用酒精（95% Ethanol） 約10 mL。 材料：牛番茄 1顆、紅蘿蔔 1根。 […]

《臺灣化學教育》第五十期（2022年12月） 目  錄   n  主編的話 第五十期主編的話／邱美虹〔HTML｜PDF〕   n  本期專題【專題編輯／周金城】 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程／周金城〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究大豆脲酶的催化作用Ⅰ-尿素的分解與檢測 ／廖旭茂〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅在家也可以探究 停課不停學的自然探究實作／劉曉倩〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 完整的線上探究與實作教學實務分享／陳育仁〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 宅實作—天然酸鹼指示趣探究／林于人〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 探究與實作、實驗與專題研究之設計 雄女3C白袍魔法科學家／呂雲瑞〔HTML｜PDF〕 疫情下線上化學實驗和探究與實作課程： 模擬化學實驗與遠距化學實驗課程／周金城〔HTML｜PDF〕   n  國際評量【專欄編輯／邱美虹】 淺談TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study) 國際數學與科學成就調查之參與經驗 ／張美玉、李哲迪〔HTML｜PDF〕 n  課程教材／化學小故事【專欄編輯／洪文東】 化學與物理：理一分殊 ／洪文東 〔HTML｜PDF〕 n 新知報導／國內外化學教育交流【專欄編輯／邱美虹】 「柏林圍牆倒塌 (Falling Walls) 」科學高峰會議- 打破學科藩籬共創人類美好的未來 ／邱美虹〔HTML｜PDF〕

銀奈米粒子的微量合成和鑑定 楊水平 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n  簡介 本實驗的目的是透過化學還原法來微量合成銀奈米粒子（silver nanoparticles），利用氫硼化鈉（sodium borohydride）當作還原劑，還原銀離子（Ag+）成為金屬銀（Ag）。氫硼離子（borohydride ions）也當作穩定劑用於分散銀奈米粒子，並使用PVP當作穩定劑。本實驗的微量鑑定方式有廷得耳效應、繞射、聚集、穩定和光譜分析等。為節省藥品用量和保護生態環境，本實驗採取微量實驗和一鍋合成法（one-pot synthesis）；為避免用過的器材造成的污染，直接使用未用過的樣品瓶和PE滴管。 n  實驗原理 一、  奈米材料及其特徵 奈米（Nanometer, nm）是表示長度的單位或尺度，1奈米（nm）等於1微米（μm）的1/1000，也等於10‒9 m。通常，奈米用於表示原子或分子等級的粒子大小或電磁波的波長，例如：銀原子的直徑為0.288 nm，能引起尿結石的細菌最想直徑為50nm；病毒的大小範圍為20-250 nm，可見光範圍約為380-750 nm，紫外線的波長為200-380nm。奈米等級的物體肉眼和光學顯微鏡看不到，需要用電子顯微鏡才能觀察到。奈米材料就是指是指在三維度中至少有一維度處於奈米尺度（介於1-100 nm）或由奈米尺度範圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。銀的原子半徑為0.28 nm，假設銀奈米顆粒球形的直徑範圍為1-100 nm，銀原子的數量從30至3.0 × 107個原子。 奈米材料出現兩項重要的特徵。其一為表面原子數激增：與相同質量的巨觀材料相比，奈米等級材料的表面積對體積的比例激增。在1947年，第一代電晶體的尺寸在1 cm以上，在iPhone 11的Apple A13擁有85億個電晶體。現今，一個電晶體長度不到5 nm，縮小程度超過第一代約200萬倍。曾經是世界第一高樓的臺北101大樓，相當於其高度509米縮小到0.25 mm。通常較小的奈米粒子具有較高比例的表面金屬原子，導致較高的催化活性和更具化學反應性。其二為量子效應（Quantum effect）：不同於巨觀世界，量化效應中能量是連續的。當材料由巨觀縮小至接近於原子或分子層次大小時，奈米的能量分布由連續轉變為量化的狀態，從而明顯地影響奈米材料的許多性質。量子尺寸效應（Quantum size effect）是由”限制”的現象所引起的，並且在10 nm或更小的奈米粒子中更為普遍發生。在塊狀材料中，電子的移動被視為波狀，並且可以“自由”在原子之間移動。當縮小粒子為奈米大小時，電子波的空間範圍與粒子的大小相當，電子開始“感覺到”粒子邊界的存在並相應地調整它們的能量。透過這種方式，電子被“限制”在量子化的能階中。奈米材料呈現出量子效應有截然不同的特性，例如：鋁等穩定的材料是可燃的，矽等絕緣體則變成導體。 以光學特性為例，當奈米粒子足夠小時，其光譜吸收能量與奈米粒子的表面有很強的耦合，尺寸在2-10 nm的奈米粒子會表現出離子化的共振效應。這是由於奈米粒子的價電子（valence electrons）當照光時激發至能量較高的導帶（conduction band），然後該價電子的能量以光的形式自發性釋放而回到穩定的價帶（valence band）。這種共振效應通常稱為表面電漿子共振（surface plasmon resonace, SPR）或局域表面等離體共振（localized surface plasmon resonace, LSPR），如圖1所示。不同粒徑的奈米粒子具有不同的能隙大小，表面電漿子共振的能量也不同。（註：開啟圖1的圖片來源網址，雙擊綠色圖示，即可觀察到表面電漿子共振現象。）     圖1：表面電漿子共振的示意圖，左上圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸平行；左下圖為面極化入射光：波長520 nm，極化方向與短軸垂直；右上圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸垂直，步伐生共振效應；右下圖為面極化入射光：波長1000 nm，極化方向與長軸平行，發生共振效應。 […]