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十一年級

發佈日期:2021-07-04

我們這一班~十一年級

 

    成為一名真正的化學家,需要做實驗,做實驗是一種需要長期鍛鍊的能力,鍛鍊紀律、技巧與直覺性,這些能力比如說像是加熱、分離或蒸餾,如果做得好的話,會有點像是藝術展演。

 

    我們平常上科學課,會進行實驗,觀察,收集數據,整體數據,然後討論,從討論中得到概念,但對於線上課程來說,這樣實務操作、觀察,測量是很困難的,比如說我們燃燒某個東西,然後觀察,觀察甚麼呢?燃燒時會有聲音、氣味、顏色的變化,其實相當有娛樂效果,所以有些時間裡,化學實驗有點像是魔術表演(1800S,19世紀 https://theconversation.com/magic-was-once-seen-as-equal-to-science-and-religion-a-bit-of-magical-thinking-could-help-the-world-now-144241)但是在線上,無法運用感官觀察,也無法親自操作(大概會設計2-4個實驗,並提供器材,讓各位可以在家進行)。因此這門課程會比較像是科學史課程,剛好也適合我們在線上進行。


    科學史課程進行的方式,壞處剛剛有說,就是我們缺乏實驗,好處則是我們可以發展對這些概念發現過程的整體觀,與其他學科關係的連結,也就是說,我希望可門課可以讓你對概念是很清楚的,但對於實驗,就只能等各位回學校時才能進行。實驗與科學史這兩者都重要,平時我們在學校時,兩者都有,但現在只能偏重一邊。

 

    化學系在20世紀前50年,因為影響了日常生活,而有顯赫的地位。曾經是大學聯考的第一志願而不是現在這樣。化學是一門有獨特視角的語言,化學家的獨特視角,在於對「原子和分子」的掌握:我們可以說「化學是研究原子、分子的學問」(P.24《完全圖解元素與週期表》人人伽利略)

 

    原子與分子的故事,就是這次課程的主題。

 

    甚麼是原子,最早原子atom的概念是從Democritus 德模克利特開始。這兒有個問題是,如果我們不斷的切,不斷的切,能夠一直切下去嗎?在數學上是可以的,一直分,經過無窮多步驟,分到無窮小。但德模克利特認為,在現實生活裡,我們無法把物質一直切分下去,如果無法一直切下去,那麼我們就會有一個不可分割的最小存在,那就是原子。

 

    但是概念是一直會改變的。


    那麼,甚麼是元素element呢?古中國的想法是五種元素,金木水火土,既然是元素,就與許多事物相關,和人內在的臟器,與外在世界的季節變化等等連結。也發展出了中醫理論。


    希臘的想法則是風火水土。他們認為所有事物都會回歸到它來到的本源,舉個例子,為什麼石頭是重的呢?因為石頭非常具有「土」的性質,它會想要回去「土」。水呢?如果我們的杯子破了,水潑濺出來,它會在土上擴張,變得平坦而包覆,然後往下到大海。氣體呢?氣體會往上回去雲層,火則會直上,想要回去太陽。這四種元素像是同心圓一樣構成我們的世界。


    現在的觀點則是,我們這世界上有許多不同的元素。


    探究這些不同元素的過程,也是形成人類對原子、分子觀點的旅程,「身為現代人,就算你不懂「分子」概念,你對這個概念還是覺得很自在。」(P.48《超乎想像的化學課》天下文化)

 

    這些元素,並不都是現在才被發現的,有許多元素是很久以前就已經被發現的。關於元素是何時發現的,與生活有甚麼關係,有兩本書是推薦給大家閱讀的。這兩本書,一本的作者是對化學有興趣的漫畫家,另一本是對文學有興趣的化學家。前面這本書叫做元素生活https://www.books.com.tw/products/0010831619  


    這本書很有意思的是,他把每一個元素都擬人化了,比較早發現的元素,就給他長鬍子,鬍子越長,就是越早被發現。和生活比較有關係的元素,就穿上圍裙,和產業、工業比較有關的元素就穿上制服,用髮型來分別特質,比如說惰性元素,也就是不太和其他元素起反應的意思,那就是我行我素的阿芙蘿蓬蓬頭,用髮型來分別元素特質是蠻有意思的設計,這等到我們談原子模型時,再來看看這個有趣的設計。比如說這裡的氫氣,有著比較短的鬍子,因為發現的時間是在1766年,髮型是王冠,因為它是宇宙70%的存在,和星星太陽裡燃燒的元素一樣,也是大霹靂爆炸起初的存在,是元素的王者。穿著吊嘎是因為有多種用途,下方是鬼魂這樣的飄飄,因為常溫下是氣體。然後有這個元素的用途與介紹。


    另外一本書的書名是《週期表》,作者是對文學有興趣的猶太裔義大利化學家李維,李維雖然是化學博士,卻以文學作品與革命成名。義大利不是只有義大利麵和名車(法拉利、藍寶堅尼),老師在Kassel上課時有遇過一些義大利人,大概是因為陽光比較多,開朗,也還蠻好相處的。義大利的化學家是很有意思的,在原子與分子的旅程上有很重要的貢獻,我們會再遇到他們。李維的《週期表》裡頭寫了他與許多元素的故事,比如說「氫」,就是他年輕時進行氫實驗的故事。


    課程一開始時有說道,真正的化學家,需要做實驗,做實驗需要有動機呀!古代做實驗的動機是為了甚麼呢?跟剛剛說要讀甚麼科系有點像,做實驗的動機,為了生活為了錢以及為健康。如果工作只是為了錢,那就是把工作當作是手段,這樣如果沒有錢,就會喪失工作的意義呀。


     在古代會這樣到處尋訪礦脈(所以化學與地質學很有關聯),把石頭拿來做一些甚麼事情的,不是煉金,就是煉丹。在煉金煉丹的過程裡,發現有些東西很好用,可以製成武器,可以製成飾品,可以做成其他東西。像是鐵,西元前1500年就被發現了,鐵竟佔了現代生活被消耗金屬的95%(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%81%E7%9F%BF)

 

    古代被發現的元素有那些呢?金Au銀Ag銅Cu鐵Fe錫Sn鉛Pb汞Hg碳C硫S,其中煉金術師用的是汞硫鹽,鉛做鏡子與水管(羅馬帝國完蛋),碳是有機化學的核心,碳的化合物有1000萬種,古代的用法就是木炭與墨。金銀銅是貴金屬,尤其是金銀,鐵有說是武器,銅可以製成裝飾品,更多是和錫、鉛變成合金,也就是青銅,現在則是電線的主要材料。


    煉金https://www.pubhist.com/w6673,我們來看看這張油畫,有個燃燒加熱的地方,有個收集氣體的地方。有個鼓風爐,也有鐵覘、鐵鎚,是拿來煉製工具的。另外則是為了健康,所以是煉丹(東方)https://sites.google.com/site/wudangpaihk/dan-dao
 

     煉金術也講煉丹,煉金術的目標是要煉出能超越物質限制的賢者之石,煉丹術除了不老不死藥之外,也講煉金。大概不老不病不死物質生活滿足就是人的期待,那麼現代生活大概就是這樣了吧。《超乎想像的化學課》:西方社會的平均生活水準已經達到「中世紀的國王甚至無法夢想」的地步(P.8),這是化學的巨大貢獻。反過來說,如果研究化學只是為了滿足這些物質目標,那目標被滿足了,大概有興趣的人就不多了。我們有興趣的是,對現代生活影響巨大的化學,是如何走到今日的面貌的。

 

    在理解歷程後,我們更能深思下一步要前往何處?
   

江昌倫老師

 

家長回響:高中部: https://goo.gl/forms/SxbrU518MlbX4o4A3


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