科學展覽：5年之後反思科學展覽對我的影響 潘建彰1*、鐘建坪2 1私立東海大學食品科學系二年級 2新北市立錦和高中國中部理化科教師 *aabcpancctw@gmail.com   　　依稀記得5年多前，本文第一作者剛從任職學校的國中部升上高中部時，興高采烈地拿著列印的網頁內容詢問本文第二作者。其內容談及Storm Glass（譯：風暴玻璃，以下由風暴玻璃表示）的簡易天氣觀測器，並且懷疑是否可以真的觀測天氣。當下隨即鼓勵第一作者，如果可以自己嘗試做一個檢證看看。過了幾天，本文第一作者非常興奮地再度拜訪，並說明他找到的新資料與他的想法。於是正式開啟一段師生共構（co-construction）的科學探索旅程。本篇文章主要是從事後發生的角度，重新讓本文第一作者反思當時實際參與科學展覽（以下簡稱科展）活動的心路歷程與影響。期待讀者可以從第一作者的反思中體會科展活動對學生當下的意義與對其未來學習的價值。 n 緣起         筆者（若不宣稱，以下我、筆者皆指本文第一作者）高中一年級時，抱持著對於理化、生物等科目的興趣，機緣之下，在無遠弗屆的網路資料中，閱讀到一篇關於英國十九世紀中期，應用於航海作為預測天氣之裝置－風暴玻璃的介紹（見圖1）。在當時（2011年左右），因為關於風暴玻璃的研究僅止於寥寥可數的階段，所以當時介紹的文章也只是將風暴玻璃做了一個簡單的概述，然而在字裡行間，幾個關鍵字卻不禁引起了筆者的興趣，像是藉由風暴玻璃裝置的結晶情況整理出的結果，被用來預測當時航海天氣、風暴玻璃裝置之所以能夠用以預測天氣之理由與原理還不清楚等內容(e.g., Fitzroy, 1863; Millar, 2008）。仔細檢視文章之後開始對風暴玻璃預測天氣的能力感到困惑，深知就連現今天氣預報，都必須仰賴大量的觀測數據分析、歸納以得到的結果。那單單一個簡易型的風暴玻璃裝置，又有甚麼能力能夠在「科學原理還不清楚」的情形下「預測天氣」呢？ 　　於是乎，當時的筆者抱持著對於風暴玻璃一連串的疑雲與好奇，進行了一連串的相關研究，並最終將實驗與分析的結果集結成書面報告，角逐新北市101學年度中小學科學展覽會化學組的比賽，之後也在2015年7月以此為題，參與當時在日本舉辦的亞洲化學教育國際研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）（潘建彰、鐘建坪，2015；Jong, Hsieh, & Pan, 2014）。而我所得到的閱歷也由實際投入解決疑慮開始影響了我。光陰似箭，五年後，現在的我內化了參與科展所帶給我的種種經驗後，這些年來它影響了我甚麼呢？   圖1：筆者在科展實驗過程當中，複製之風暴玻璃裝置 n 獲得的影響與啟發 一、啟發思考，獲得學習的理由 　    參與科展影響我最為重要的一點，便是讓我知道了「學習的理由」。對於大部分學生來說，學習往往都在追求效率與效能的最大化。然而人是會思考的動物，無盡的學習路途上，產生對自己的學習目的與意義感到質疑是相當正常的。此時學生所面對的，往往是知識所學、自身價值與普世價值間所帶給他的疑慮與不確定性。現今學校裡苦讀的學子們，支撐著他們走下去的，不乏就是興趣、學歷、天分和前景等因素，但這就出現一個很現實的問題了，當面對較不拿手的科目或是不感興趣的學問時，進行強迫學習的行為是有意義的嗎？當興趣、學歷、天分和前景不再是學習考量範圍所能夠支撐走下去的支柱時，就應該放棄所學嗎？         誠如我之前所提到的，於當時的科展研究當中，由於筆者研究項目的相關資料寥寥可數，過程中難免有碰壁的時候。回頭看來，最難以克服的往往不是軟硬體設備的障礙，而是自身擁有學識的不足。每每遇到問題癥結點時，明明知道問題在何處，卻無法思考出得以解決的因應策略，這才是最令人感到沮喪又無奈的事。學海無涯，問題的解答有時藏在以往所學當中，有時則是藏在早已遺忘或是先前所學但不熟悉的部分，更多的是從未接觸到的領域。當你遇到這些問題時，我想你肯定會像我一樣，開始懊惱當時為何自己不好好學，或是油然而生「書到用時方恨少」之感。參與科展的體驗讓我感受到學習彷彿是一場馬拉松耐力賽，就算過程中有所挫折也得堅持著走下去，就算拋開學校、書本的教條，「學習」仍必須在生命的歷程當中不斷的進行著。事物背後的原理是以無數不同的領域所交織而成的，每個學理面向都有其能夠切入與解釋的層面，我們從不該再面對不上手或是不感興趣的科目時選擇放棄，更不該單純地以興趣、學歷、天分和前景為量尺或精神依靠，拋棄任何一種面向的學識都是不正確的荒誕想法，廣泛的博取才是上策。 　　由科展經驗讓我獲得這般看見學習理由的新角度，讓我在現今食品科學系的訓練當中，教室裡、學習的當下讓我更在乎的是如何連結各門學問的理論與應用，我不再簡單的由「上不上手」等理由去衡量一門課的價值，這個觀點，讓我發現到各個學問間互相撞擊，才能夠有更多的創新與進步。 二、藉由參與科展活化問題解決的能力 　　過去課堂中的實驗往往在書本中就已經寫好實驗目的與方法，連同討論與分析也都有既定的問題提供給學生反思，學生從來就不會知道，一個實驗的過程，從分析問題的本質、著手解釋到解決的步驟，是一項多麼艱深的學問。而參與科展的我，實際地從實驗目的的探索、方法的設計、器材的製備到最後的數據分析整理，一步一腳印地由自己完成（見圖2）。我體驗到在真正實驗操作中，觀察、發現問題、進行解釋的步驟是多麼需要腦力激盪，當下的自己必需一次又一次回憶實驗，自身找出任何可能造成誤差的不足之處。該如何查覺到問題、處理問題都是仰賴自身的能力，因為再也沒有任何人比自身還要更了解實驗，當然問題必須由自己解決，而這些都是在過去還未參加過科展的我所無法體會的。我理解到問題與討論從來就不應該是實驗課本應該列舉好等著給你解答，而是實驗者在構思、回想實驗步驟中，發現不足之處，再反省探討由實驗者歸納的內容。         如此當所追求的問題解答來自於自身所產生的疑問時，主動試圖解答問題的這個過程當中，由於自身能力的不足而有動力增強自己的實力、開始學習，這對筆者來說，才是能夠達到提起動機的學習方法。由此，當學習者擁有這次經驗以後，無論這是過程的結果是好是壞、過程當中有無疏漏，對於體驗過的學習者來說，都更能加強它在於學習各種知識上的學習理由，因為他知道，現今在書本上枯燥的文字其實從不那麼的生硬，它更是未來對於自身解答任何問題所可以運用的利器，當未來自身對問題產生疑問時，才更有能力對問題進行解答。 　　目前提倡的科學學習即不斷地試圖在培養這項能力，讓學習者在未來能夠在學術或是職場領域，活用這項技能，使遭遇到問題時，具備獨立思考與解決問題的能力，不再由更高學問者向出社會的學習者開釋或是告訴他該怎麼做。經歷過科展訓練經驗的筆者認為，這種經驗只要實際操作過一次，學習者就能體會到自己所學的價值與意義所在，並讓獨立思考與解決問題的能力的種子在學習者心中萌芽。 圖2：筆者於科展報告中對欲探討問題的整理 　　或許很多學生總會困惑在課本裡看到這麼多步驟與儀器操作方法等等到底有何意義？畢竟未來每個人志趣不同，真的必定要操作相同的步驟、學會流程與儀器操作法嗎？筆者認為不是這樣的，如同食品科學上我們很講究一個東西的製程，而製程的背誦往往也是對這門科學的多數學習者而言是一個很大的罩門。事實上這些製程步驟正如同實驗室裡實驗的操作與儀器操作方法等，它所呈現的是一個邏輯，單純著眼於眼前精緻化、流程化的一步接一步的背後，其實是由許許多多的原理構築而成的，而這些東西也從不該淪為「背誦」，當我們能了解背後的原理時，這一切才會逐漸成為直覺性的東西。 　　為何實驗步驟一定得如此？食品的製程一定得如此？背後牽扯的可能是成本、方便性等等的問題，當背後考量的種種都了解，步驟能夠改善、製程能夠改變，由此便活化了自身問題解決的能力並達到創新！ 三、昇華所學獲得的附加價值 　　其他的效益，我認為是在這五年以來，慢慢發酵而成的吧！經過練習如何將科展研究內容化繁為簡、解釋數據和練習回答他人產生的疑問，精進自己製作報告時重點描述的能力，同時在口語表達上完整地詮釋自己的想法（見圖3），我想在經過獨自做出一份符合邏輯設計的科展後的這五年間，我都更有精進了。 　　由科展的歷練讓我體悟「知之為知之，不知為不知，是知也。」背後的意義。不管是系上或是通識課所需要製作的種種報告，方便的網路固然提供了我們豐沛知識來源的管道，但又有多少是二手資料或是不完全正確的呢？應該是完全地能夠知曉其背後的原理才能放上報告中。而各式課程用書裡的知識也是一樣的，字裡行間其實每個字詞都有意義，不懂的就應該及時發現並理解。面對自身的報告與所學，自己就是專業、自己就是最了解的人，不該囫圇吞棗的不知其所以然地接納知識。 　　回憶準備科展的那些日子裡，筆者曾經犯過不少次關於「common sense」的錯誤。想想過去那些錯誤，雖然現在的我不會再次地犯錯，然而這些「common sense」其實從不那麼的簡單，如同哲學家伏爾泰(Voltaire)曾說過的Common […]

液面上的華爾滋 清潔劑液面的彈跳現象 劉曉倩   國立彰化高級中學教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw Honey 會跳舞 黏滯性高的蜂蜜如果由適當高度流下，形成一細小的流動液柱，在流體接觸到平面時，常會自行螺旋捲曲成為中空圓柱狀的繩捲型態，稱為蜂蜜線捲（honey coil）或液體繩捲（rope coil）。這是個容易觀察、卻牽涉到力學與流體力學的複雜物理現象。繩捲現象的正式學術研究可以追溯至1958年，由巴恩斯（George Barnes）與伍德考克（Richard Woodcock）兩人首先發表「液體繩捲效應」 （Liquid Rope-Coil Effect） 一文， 其中提到流體看起來是繞著一個垂直於接觸平面的軸線旋轉，但是液體粒子本身其實並沒有繞著軸旋轉。兩人以力學的角度，針對此一現象作系統性的討論，發現從不同高度垂落而下的蜂蜜會折疊、堆積，形成各式各樣的「舞姿」，至於形成原因正有待我們去研究。（如圖1）。            圖1： 蜂蜜繩捲現象（圖片來源：龍騰出版社） 清潔劑也跳華爾滋? 然而所有黏滯性高的液體都會有這種現象嗎？筆者的學生觀察到，把洗碗精的塑膠壓瓶壓頭打開拉高距離液面一段距離，成細流而下的洗碗精一開始也有繩捲纏繞現象，但接著底部會形小隆起，隨後出現一條束狀濺射，甚至彈跳半可達10公分之遠，如同跳華爾滋般華麗而壯觀。這些奇妙的現象激起我們高度的好奇心，於是上網查找資料及參閱書籍，得知此彈跳現象稱為「凱氏效應」（Kaye effect）。但是，是否每一種清潔劑都會有彈跳現象呢？          圖2：常見的清潔劑結構（長鏈脂肪酸金屬鹽）（圖片來源：龍騰出版社） 界面活性劑的介紹 原理 界面活性劑主要是讓兩個互不相溶的接觸面，不再排斥彼此靠近的物質。人類最早使用的清潔劑為肥皂，又稱作長鏈脂肪酸金屬鹽（如圖2），如：硬脂酸鈉（C17H35COONa）及軟脂酸鈉（C15H31COONa）。現今常用的人工合成清潔劑組成則為長鏈烷基硫酸鹽類，如：正十二烷基硫酸鈉（C11H23CHOSO3Na）， 以及長鏈烷苯磺酸鹽類（  R－C6H4－SO3Na）， R＝－C9H19~－C15H31），如：正十二烷基苯磺酸鈉。 種類 生活中舉凡食品、藥品、肥皂、洗碗精、清潔劑、洗衣粉、洗髮精、潤絲精、沐浴精、化妝品、殺蟲劑都有界面活性劑的存在。依其在水中親水端的帶電性，大致可分為陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性離子界面活性劑、非離子界面活性劑，如表1所示。 種類 陰離子界面活性劑 陽離子界面活性劑 兩性離子界面活性劑 非離子界面活性劑   脂肪酸鹽，如椰子油脂肪       例子 酸鉀；烷基硫酸鹽，如月桂醇聚醚硫酸脂鈉鹽 （SLES）、烷基聚氧化乙 脂肪銨鹽，如溴化十六烷三甲基銨 甜菜鹼類，如椰油醯胺丙基甜菜鹼 如聚氧乙烯烷基醚 （AE）、聚氧乙烯－ […]

分子的永久偶極與分子結構對稱性之關係 洪敬明 國立交通大學應用化學所物化組國立交通大學教育學程 kusoer1017@hotmail.com n  前言 本人於2016年參加【高中基礎科學研習會】，聽到一位化學教師（教師甲）於分科研習的「教學疑難問題討論」時段，提出有關「丙烷分子具有極性的解釋」。該名教師轉述其同事（教師乙）的觀點，教師乙認為若以「極性鍵的向量和」來預測分子極性，則理想結構的丙烷分子應不具有極性，理想結構是指分子內所有相鄰原子的夾角皆為109.47°且所有C−H鍵長皆固定的結構。教師乙認為丙烷分子的極性是來自於真實結構的丙烷分子的鍵偶極無法完全抵銷，因此丙烷分子具有些微極性。而教師甲則認為理想結構的丙烷分子是具有極性的，且因丙烷分子的真實結構更接近平面，使鍵偶極矩部分抵銷，造成真實結構的丙烷分子極性反而較理想結構為低，即是以「分子對稱性」來預測分子極性。 由於以上兩個教師提出不同的論點，對於丙烷分子是否具有分子極性有不同的預測結果。本人對這個懸而未決的問題很感興趣，於研習結束後，查閱《高級中學選修化學課程綱要》（99課綱）高中三上物質構造的「鍵極性與分子極性」，找到一段文字敘述：「多原子分子的極性，由鍵極性與分子的幾何形狀決定。非極性分子指分子的偶極矩為0者，即鍵極性的向量和為0」，此處極性是指永久偶極（permanent dipole）。本人也進行簡易計算和資料蒐集，期望能釐清此一問題。以下為該次研習所提出的兩個論點和本人針對此一問題提出的新論點。 n  論點一：從極性鍵的向量和決定分子極性的觀點出發，推測理想結構的丙烷分子應該是沒有極性的。 分子偶極矩與極性共價鍵 分子是由原子所組成，當組成分子的原子不只一種時，因不同原子的電負度（electronegativity, EN）有所差異，造成形成鍵結時電子於不同原子間的分布不均勻。電負度較小的原子對電子的吸引力較小，一般帶部分正電（）；反之，電負度較大的原子則帶部分負電（），這種正負電荷相距一段距離的狀態稱為電偶極（electric dipole），而電偶極的大小一般使用分離的正、負電荷（庫倫）的絕對值大小，乘以正、負電荷的距離（公尺）來表示，稱為電偶極矩（electric dipole moment），單位為debye，簡寫為D（ C．m），方向由正電方位指向負電方位。大致而言，電負度差小於1.7的原子所形成的鍵結為共價鍵，等於0者或趨近於0者為非極性共價鍵，偏向1.7者為極性共價鍵，大於1.7者為離子鍵。但有少數例外；例如氟與氫間的鍵結，其電負度差為1.9，但H−F鍵仍被認為是極性共價鍵。而分子的極性大小與方向可由分子內極性共價鍵的電偶極矩（以下將共價鍵的電偶極矩簡稱為鍵偶極矩）的向量和來描述。 丙烷分子的極性討論 本人利用以下分子模型簡單闡述教師乙所提出的「論點一」。圖1左為甲烷分子的模型，因其結構的高對稱性（點群：Td）使得甲烷被歸類為非極性分子。若甲烷為非極性分子，表示其分子內各鍵偶極矩的向量和為0（鍵偶極矩 (1) + (2) + (3) + (4) = 0）。亦即，鍵偶極矩 (1) + (2) + (3) 的大小與鍵偶極矩(4)相同，且方向相反（鍵偶極矩 (1) + (2) + (3) = −(4)）。圖1右為乙烷分子的模型，其中兩個碳原子因電負度相同，因此C−C鍵為非極性鍵。同時明顯可知，乙烷兩個碳原子分別構成的CH3（此處視為甲基），其中一個甲基的鍵偶極矩（(1) + (2) + (3)），另一個甲基的鍵偶極矩（(4) + (5) + (6)），兩者的向量和的大小相等、方向相反，其鍵偶極矩的向量和必為0，因此可得知乙烷為非極性分子，實驗結果也顯示乙烷為非極性分子。   圖1：甲烷的分子結構（左）和乙烷的分子結構（右） 我們可以根據前面的結果來推測丙烷分子的極性。圖2左為丙烷分子的理想結構，丙烷上兩個甲基的碳原子與中心碳原子電負度相同，因此兩個C−C鍵應為非極性鍵（實際上並非完全沒有，請見後續討論）。以丙烷中間的碳原子當成中心原子，則左右分別鍵結兩個甲基，而其中一個甲基所造成的偶極矩為（(1) + (2) […]

開創新局的永續化學 趙奕姼 中央研究院化學研究所ichao@gate.sinica.edu.tw n  引言 過去兩百年人類生活品質與壽命大幅提昇，這些美好又令人驚異的變化跟化學有著密切的關係。透過化學，地球上的各種元素巧妙地被用在各種物品中，滿足人類食、衣、住、行、娛樂、醫藥，甚至穿越大氣層前進太空的各種需求。但是跟大自然演化了38億年環環相扣循環不絕的各種化學反應網絡比起來，人類開發的化學反應有著大量的廢棄物。根據綠色化學先行者Roger Sheldon所做的估計[1]，化學工業每產出1公斤的產物，同時就產生了小於0.1公斤到100公斤以上的廢棄物。煉油、大宗化學品、精緻化學品、製藥四大類型的化學工業中，煉油業技術發展最成熟，廢棄物比例小（小於0.1公斤），不過煉油業年產量大，因此廢棄物的量體依然十分驚人。製藥業年產量最少，少了煉油業好幾個數量級，但因結構特殊合成步驟多，廢棄物是藥物本身的幾十倍到上百倍，有很大的技術改進空間。精緻化學品與製藥業動輒幾十倍的廢棄物是什麼光景呢？環顧一下自己家裡的大大小小的用品，製造這些物品的同時，也產出了裝滿一屋子的垃圾呢!！ 長久以來，化學工業的廢棄物常直接排放到環境中，或是集中收集處理與掩埋，這是因為人類認為地球無限寬廣，總是能稀釋或存放廢物。時至今日，望著逐漸污濁的空氣與水，感受著氣候變遷帶來的極端天候，讀著多種元素開採越來越困難存量告急的新聞，以及連北極熊的脂肪中都有人工化合物的報導，抱持著「地球無限大」、「資源無限多」這種想法的人日益減少，越來越多人轉頭正視如何追求人類與生態圈的永續發展。的確，人類已走到一個在思維上與科學上都亟思突破的轉捩點。永續化學（sustainable chemistry）和綠色化學（green chemistry）這樣的呼聲在20 世紀後期興起，正是少數先知先覺的化學家意識到必須用更宏觀與創意的角度思考化學，我們在選定一個化學製程之前，要從環保、經濟及社會各種面向思考，不再只是經濟決定一切。 我們常常聽到永續化學和綠色化學，從字意上即可看出跟永續、友善環境有關。對有些化學家而言這兩個名詞意義相同，有些則否，因此許多會議或書籍名稱常常使用「綠色／永續」這樣的語詞。對於這兩個名詞，本專輯採用的是兩位綠色化學之父中John C. Warner的說法[2]：永續化學是所有牽涉到解決永續議題的化學，例如解決能源問題、水資源問題等所需要開發的新材料、新觸媒；綠色化學更著重於化學步驟／製程的設計，例如有機合成或分析方法是否減少使用有毒物質。在這個框架下，綠色化學附屬於永續化學之下，但絕對是舉足輕重的一環。 n  本期專題簡介 永續相關議題非常之多，本專輯希望藉由幾個面向的報導，讓讀者對永續化學開創的新局領略一二。第一篇文章由周德璋教授鋪陳綠色化學的來龍去脈與原則；第二篇文章由王正中助研究員介紹美國總統綠色化學挑戰獎的兩位臺裔得主為綠色／永續化學開闢的新戰場；第三篇文章由曾玉明高級專員描述臺灣化學化工界的模範生永光化學在綠色化學與循環經濟上的經驗與心得；第四篇文章針對就在我們身邊的「城市礦山」，由許景翔總經理和馬小康教授描述提取電子廢棄物所含之貴金屬的化學新方案，脫離傳統提取金屬過程中嗆人的王水與劇毒的氰化物所帶來的噩夢；第五篇文章由羅芬臺研究員介紹為反轉氣候變遷而研發的生物炭製作：以及第六篇文章由林麗瓊主任和連香婷博士介紹因應能源挑戰的光觸媒還原二氧化碳研究。期待以上文章能夠讓讀者了解綠色／永續化學的內涵與深遠影響，破除比較環保的化學製程必然比較昂貴的迷思，並且看到臺灣業界與學界的努力。 n  參考文獻 1.        The E-factor. http://www.sheldon.nl/roger/efactor.html. 2.        Cannon, A. S. & Warner, J. C. (2011). The Science of Green Chemistry and Its Role in Chemicals Policy and Educational Reform. New Solutions. 21, 499.  

開創新局的永續化學：綠色化學：以友善環境為出發點的化學（上） 周德璋 國立中正大學化學暨生物化學系chetcc@ccu.edu.tw n  引言 化學是探究物質的性質及其變化規律的一門學問，旨在理解物質的形成與結構、物質與物質之間的相互作用、物質與能量之間的關聯、以及結構與反應活性之間的關係，並發掘切實可行的化學反應與合成方法，進而以此為基礎創建嶄新且具有功能性的物質，研製有應用價值的化學品和材料。傳統上，化學依其所探討的物質分類和研究的主題取向，從基礎到應用衍生出幾個主要學科，如物理化學、有機化學、無機化學、分析化學、核/放射化學、理論/計算化學、生物化學、及應用化學等。這些化學學科為一系列既定的或新興的科學，例如化學工程、藥物化學、分子生物學、合成生物學、天體化學、奈米科學等，奠立了基本方面的知識，更為例如農業、材料、生物技術、醫學、能源、環境、生態學及資訊技術等科學與技術領域裡的眾多重要進展作出了重大的貢獻。因此，化學被認為是一門「中心、實用、創造性」的科學，是科技的樞紐 [1]。 事實上，距今百萬年前當人類首度使用火煮熟食物時，人類就與〝化學〞發生密切關係，而較近的萬年以來，那些〝似知其然，不知其所以然〞的工藝發明，如釀酒、染色、玻璃、火藥、造紙、草藥、及煉丹等，顯現〝化學〞處處影響人類從遊牧轉入農耕社會的生活型態的痕跡。人類文明在18世紀歷經另波的質變進化，「第一次工業革命」於60年代在英國展開，人類逐漸轉向以工廠的機械力取代個體工場的手工生產民生用品。大約同時期，一場「科學革命」也醞釀著，法國化學家拉瓦錫（Antoine-Laurent de Lavoisier）於1770年代發現「燃素（氧氣）」開啟了〝近代化學〞的時代。往後的一個世紀裡，雖然科學與產業未見快速蓬勃展開的景象，但對19世紀的科學產生了極為關鍵性的影響。 19世紀中葉，科學的基本探究與技術的研發開始結合，使得工業生產力的組織、規模、及效率，開始加速擴大，科學本身也隨之快速蓬勃發展，尤其是與生計息息相關的化學。人類的文明邁進空前輝煌和變化最為巨大的20世紀。在這時代，推動世界經濟的主要能源基礎由煤轉化為石油和天然氣，科技產業的發達促使人類的財富、生活物資的質量、醫療保健、平均壽命、以及福祉的大幅提升，生命密碼的解開啟發革命性的生物科技，太空探測的活動實現月球登陸更超越太陽系，日新月異的通訊和運輸技術加速國際貿易和文化交流的全球化。在人類20世紀高度文明的塑造過程中，見證了作為樞紐科學的化學所扮演的舉足輕重和重大貢獻的角色。 地球只有一個，意味著自然資源的有限。在物資文明急速發展的20世紀，現代化科技幫助人類大量開採自然資源，大規模生產人造物資與能源，以滿足人類食衣住行的消耗性需求，創造了高度繁榮的社會。但是〝物極必反〞，人類卻也要付出嚴厲慘重的代價：化學公害、空氣污染、水質惡化、資源耗盡、環境破壞、氣候變遷、及生態失衡。自然界已面臨無法〝自我修補〞的地步，也是做為樞紐科學的化學必要思考如何接受挑戰的時候了。 n  綠色化學的萌芽 在20世紀下半葉，化學科學的舞臺上出現幾個帶有環境保護意識的名稱，如潔淨化學（clean chemistry）、環境化學（environmental chemistry）、友善化學（benign chemistry）、綠色化學（green chemistry）、及永續化學（sustainable chemistry）等 [2]。雖然這些名稱的定義和內涵並不很明確，引起當代化學家的爭論，但其背景的環保觀念卻是有跡可尋，可以追溯到1962年美國海洋生物學家蕾秋·卡遜（Rachel Carson）出版的《寂靜的春天》（Silent Spring）一書 [3]。這本經典著作呼籲民眾和政府要普遍關注化學物質對環境的污染及生態系統的破壞，尤其是農藥滴滴涕（dichloro-diphenyl-trichloroethane, DDT），也喚醒並啟發了現代環保運動。美國國會認知問題的重要性，於1969年通過《國家環境政策法》，以「創建並維護人類與自然可以共存共榮的和諧條件」為目標，並於次年通過設立「環境保護署（Environmental Protection Agency, EPA）」。該環保署的第一個重大決定是禁止滴滴涕和其他化學殺蟲劑的使用，並透過設立環境保護相關之辦公室和法規，以便達成保護環境的目標。 不過，早期環保署與化工產業的主要重點工作仍滯留在污染的控管、整治和明顯毒物的清理上；直到80年代晚期，對解決問題的切入方向才有所轉折。歐洲和美國的政策監管部門、產業界、和科學技術界開始認知，保護環境的最佳戰略是〝未雨綢繆〞的污染防患而非〝管道末端〞的污染管制和整治。政府和工業界的領導人展開國際對話，由30多個工業化國家組成的「經濟合作暨發展組織（Organization for Economic Cooperation and Development, OECD）」為尋找預防性的方案解決環境問題，提出一系列著重於合作協力改變現有的化學製程和污染預防的建議。成立20年的美國環保署為加強、落實生態友善的環保戰略，於1990年制定《污染預防法》，撥款補助各州致力於廢棄物在源頭的減量，並首次採用〝綠色化學（green chemistry）〞一詞為標識，提供種子經費鼓勵政府、工業界和學術界之間建立有效的合作。國際主要的大型化學製藥公司為擺脫製造污染和標榜重視環保的形象，也紛紛投入各式各樣的計畫、設立實驗室、或與學術界合作執行有關減低污染的製程研發。 歐洲化學理事會（European Chemistry Congress, ECC）於1993年發表一份頗具影響力的白皮書—《為了一個潔淨世界的化學》，美國化學學會（American Chemical Society, ACS）環境化學組也以類似主題—〝友善的設計︰預防污染的替代合成設計〞—於次年主辦第一屆討論會。美國環保署進一步於1995年設立「總統綠色化學挑戰獎（Presidential Green Chemistry Challenge Award）」，每年獎勵在學術界和工業界對推展綠色化學做出重要貢獻的化學品設計和製程。以〝為地球和其子民的利益〞為使命，一個非營利性質的「綠色化學研究所」於1997年成立，並每年召開「綠色化學與工程會議」；後來該組織在2001年納入美國化學學會，聯手致力於相關的研究、教育以及研討會議的推動，以提升化學企業、化學從業人員以及公眾的〝綠色〞意識。 在保護環境意識不斷增強的數十年之間進場的化學家們，也於80年代開始投入把防止污染訂為最優先考量元素的前瞻性研究，其中最為普遍的主題是利用催化劑於化學合成。特羅斯特（Barry M. Trost）於1991年提出「原子經濟（atom economy）」作為衡量合成效率或廢棄物量的尺度，是另一個重要的〝綠色〞概念 [4, 5]。「綠色化學」一詞於1990年首次出現在探討愛爾蘭化學工業成長的學術論文的標題裡 [6]，而第一個設立「綠色化學」博士學位的學程於1997年出現在波士頓的麻州大學。80年代有關污染要〝防患於未然〞的認知於90年代在政府部門、產業界、和學術界加速擴展，醞釀著化學要「綠化」的思維與概念，啟發阿納斯塔斯（Paul Anastas）和華納（John […]