元素週期表 150 周年 化學的革新和進化 CASE 探索講座第 21 期

活動介紹

元素週期表 150 周年－化學的革新和進化｜CASE 探索講座第 21 期
The 150th Anniversary of the Periodic Table – Revolution and Evolution of Chemistry

聯合國大會於 2017 年末宣佈 2019 年為「國際化學元素週期表年（IYPT）」，彰顯由蘇俄科學家門得列夫（Mendeleev, 1834-1907）在 1869 年的重大發現對全球文明進展的貢獻。化學元素週期性質的關鍵理論導致了更多新元素的發現，進一步醞釀了二十世紀初期量子力學的革命，不但催化了化學的進步，也間接地對生命科學、地球科學、醫藥、農業和能源等等領域的發展產生重大影響，無怪乎化學元素週期表成為化學最重要的圖騰而為全人類所熟知。值此元素週期表發現的一百五十週年紀念時刻，讓我們回溯一下這個重要事件的發展軌跡（Brock, 1993; Hirota, 2016; Hudson, 1992），藉而瞭解早期科學家對於這個複雜世界的摸索，如何成就了現在的發展。元素週期表的發現絕非偶然，而是眾多對未知的科學探討最終導致的結果，門得列夫的卓越洞察力，理出了大自然中奇妙的規律，經過了一百五十年，越發顯示其輝煌的成就。
以上文字內容摘錄自〈2019國際元素週期表年(IYPT)：追尋元素週期表的歷史軌跡〉。臺灣化學教育電子期刊，2019，期29，http://chemed.chemistry.org.tw/?p=31944

活動期間：2019/3/16 至 2019/6/15 每週六 14:00 至 17:00（13:30 入場）
活動地點：臺灣大學思亮館國際會議廳　google map: https://goo.gl/sU3MUA
活動網站：http://case.ntu.edu.tw/sciactivity/
臉書專頁：https://www.facebook.com/CASExplores
系列文章：https://case.ntu.edu.tw/blog/?cat=4204
演講回顧：https://www.youtube.com/playlist?list=PLil-R4o6jmGjuVnGylAKEAIe_FeKlVKIV
延伸閱讀：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=32633


發現元素新大陸

在距今 300 年之前的化學家（錬金術士）們能夠掌握的元素只有區區 13 個，還分不清元素及化合物。拉瓦節（Lavoisier）在 1790 年出版了「化學基本原理」。這是第一本近代化學教科書，人類歷史上首次揭櫫的新化學理論確立了化學元素的定義。拉瓦節整理了 33 個元素，並且給予命名。

世界上第一個元素週期表是由俄國的門得列夫（Mendeleev）在 1869 年提出，距今剛好 150 年。門得列夫的週期表中有 63 個元素，其中還預測了 4 個尚屬未知的元素。今天的週期表已有 118 個元素。

講者：陳竹亭（臺灣大學化學系名譽教授）
時間：3 月 16 日
地點：臺灣大學思亮館國際會議廳
前導影片：https://youtu.be/0aoXmgIajso
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33747
演講回顧：https://youtu.be/0ZLe7mzvErk
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33876


從傳說到傳奇，原子真的存在嗎？

物質的最基本結構是什麼？這是個自遠古以來就常被思考討論的問題。物質是否可以無窮盡的分割下去而不失去其特性? 如果可以，那麼有多少種基本物質？如果不行，那麼最小的單位是什麼？這些不可分割的單位之間的空間又有什麼？ 這些問題雖然有趣，但早期人類對自然現象的觀察能力有限，問題的討論主要停留在哲學的層次。

經過中世紀煉金術長期的對物質性質的探索以及歐洲文藝復興後科學方法及技術的成熟，十七世紀以後，人類對於物質的性質了解已累積了許多的知識，隨著物質科學的發展已及新的自然現象的發現，解決物質組成的問題以及建立物質基本模型的需求更加迫切。

自波以耳（Boyle）、道耳頓（Dalton）、亞佛加厥（Avogadro）等人的學說提出以來，雖然原子理論已逐漸成為主流，但由於難以取得實驗明確的證據以及無法對於微觀結構提出明確的模型，原子結構一直要到 19 世紀末放射性與電子的發現以及 20 世紀初 alpha 粒子撞擊實驗才逐漸確立，而原子性質的解釋則更要等到 1920 年代量子力學的發展。本次演講內容主要包括近代原子觀念的演變以及原子結構發現的過程。

講者：胡維平（中正大學化學暨生物化學系教授）
時間：3 月 23 日
前導影片：https://youtu.be/JESuB-2NSuY
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33775
演講回顧：https://youtu.be/jTVUYZuGr2s
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33946


從西伯利亞到聖彼得堡－門得列夫築夢週期表之路

化學元素週期表是依照元素原子序大小排列而成的表格，從元素在表中的位置可以準確地預測各種元素的特性及其之間的關係，因此它是學習化學及相關科學領域在分析物質的化學行為時的重要工具。

十九世紀俄國化學家門得列夫，前後花了二十年時間，研究化學元素的分類歸納法則，於 1869 年發現了週期性，並依照原子量，及原子價數，將當時已知的 63 種元素以及 4 種未命名但已具有原子量的元素規律地排列，而製作出第一張現代週期表，同時在表中為許多「未知元素」預留空位，並準確預測其性質。之後又依據表格的週期性，對於當時若干已知元素的公認原子量提出質疑。週期表中原子序第 101 號元素：鍆（Md, mendelevium）就是為紀念他的貢獻，以他的名字來命名。本講將介紹門得列夫週期表與現代週期表的異同處，以及如何用週期表學習原子內部結構。

講者：于淑君（中正大學化學暨生物化學系副教授）
時間：3 月 30 日
前導影片：https://youtu.be/mp4w4M77ZnI
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33814
演講回顧：https://youtu.be/9aznrFgap10
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33967


為什麼週期表長這樣？解析元素週期性背後的量子密碼

​這場演講中，我們將跟隨紐蘭茲、路易士、波耳、薛丁格、包立等等傑出科學家的腳步，探索科學家們如何在門得列夫發表週期表的六十年後，終於完整解析隱藏在週期表背後的物理原理。這個過程中我們將會討論到化學鍵的本質以及原子電子結構相關的量子力學原理，並進一步探討基本物理律與對稱性如何允許我們建構現代週期表的排列方式。成功解釋元素的週期性除了是量子力學的一項重大成就，更彰顯了量子力學作為解釋化學的數學基礎的成功之處。

講者：鄭原忠（臺灣大學化學系副教授）
時間：4 月 20 日
前導影片：https://youtu.be/B9SC3qZjbLg
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33859
演講回顧：https://youtu.be/rLXKPloqRvc
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33989


瑪里居禮與放射性元素

在 1867 年 11 月 7 日瑪里．居禮（Marie Curie）（本姓名：Maria Sklodowska）生於波蘭華沙。當時，波蘭正受到俄羅斯帝國統治。經過艱辛和努力，瑪里．居禮得以支持自己並得到前往巴黎攻讀化學的機會。就學期間，她認識了皮耶爾．居禮（Pierre Curie），最後和他結婚。她的研究主要是關於放射性元素釙和鐳，這兩項引領了 20 世紀核化學和物理學的革命。

瑪里．居禮的一生及其成就在科學界裡創下華麗並鼓舞人心的一頁。這特別值得作為一堂課給未來各位年輕的科學家們。在這堂演講裡，我將討論瑪里．居禮的一生、科學貢獻和她的家庭。接著，介紹核科學及放射性元素的豐富歷史，以了解放射性的起源和發展。最後，將談到核科學對於現今社會的影響包含核醫學、核能及核武。

講者：牟中原（臺灣大學化學系教授）
時間：4 月 27 日
前導影片：https://youtu.be/-ysK2JOLU9k
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33860
演講回顧：https://youtu.be/KAtPVONxTjk
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34046


翻轉週期表的西博格與人造超鈾元素

格倫．西博格（Glenn Theodore Seaborg），美國核化學家。一生致力於超鈾元素的研究，利用勞倫斯（Lawrence）發明的迴旋加速器轟擊鈾靶於 1940 到 1958 年之間共發現了九個新元素，包含原子序94鈽到102鍩。其中最有名的就是鈽，可被用於核反應爐的燃料。他還提出了錒系理論，預言了這些超鈾元素的化學性質和週期表中的位置。1951 年與馬可密倫（Edwin Mattison McMillan，錼的主要發現者）共同獲得諾貝爾化學獎。

之後，並獲得國際純粹與應用化學會（IUPAC）引用西博格（Glenn Theodore Seaborg）的名字命名吉奧索（Albert Ghiorso）和他共同發現的106號元素（Sg），打破了不能以還健在人的姓名為化學元素的命名慣例。此次演講帶領大家探索人造超鈾元素的研究，超重離子加速器的發展與發現週期表上新元素的科學競賽。

講者：熊怡（臺灣大學物理系講座教授）
時間：5 月 4 日
前導影片：https://youtu.be/E_-iZM9HCyc
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33943
演講回顧：https://youtu.be/_T0m1Hp9iuI
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34117


隱身的忍者－貴族和它們的產處

科學家卡文迪西（Cavendish）於 1775 年自空氣中分出一種含量極少的神秘氣體，一百多年後，這個神祕氣體喚起了物理學家瑞立爵士（Lord Rayleigh）的好奇，但這其實源自於對氮氣密度的研究。由空氣取得之氮氣密度總是比人工合成者高了一些，在公開尋求他人意見後，引出了化學家拉姆賽（Ramsay）與他合作，開啟了週期表歷史中最重要的一章，確立了隱身於空氣中的一組單身貴族身分和它們的忍者特質。

講者：蔡蘊明（臺灣大學化學系名譽教授）
時間：5 月 18 日
前導影片：https://youtu.be/gtn8CFNTjBg
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33968
演講回顧：https://youtu.be/mhtYKneJNcw
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34196


為什麼稀貴金屬這麼重要？

貴金屬（Precious metals）、稀土金屬（Rare earth metals）被稱為是「21世紀的科技金屬」，之所以如此稱呼是因為它的用途相當廣泛，保值性高、國際流通性佳等優點。從日常生活用到的汽車觸媒轉換器、石油精煉用催化劑、永磁馬達中的磁性材料、打火機的雷石、玻璃及陶瓷的染料等，到特殊領域用途如航太零件、電子、雷射、核能工業、超導體等，是高科技產業中不可或缺的添加劑。

在冶金方面更可以大幅提高鋼材／鋁／鎂／鈦合金材料的性能，就連油電混合車其電動馬達和電池運作也需要耗費大量的稀土金屬。因此，世界各國都將稀貴土金屬視為戰略資源、國家發展重點資源，其重要性不言而喻。

講者：許景翔（優勝奈米科技有限公司總經理）
時間：5 月 25 日
前導影片：https://youtu.be/jzRSoLTZtME
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=33988
演講回顧：coming soon
文字記錄：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34197


煉金術跟你想得不一樣－連牛頓也瘋狂的古代化學

煉金術士就是古代化學家，最常從事的職業是藥劑師。很多人以為他們總是在嘗試點石成金或提煉仙丹，卻不知道他們把藥房經營得比今天的便利商店密度還高。連牛頓（Newton）都熱愛化學研究，留下一百萬字的鍊金術手稿，更憑藉化學專業任職於皇家造幣局 31 年，比擔任劍橋大學的物理教授的時間還久。牛頓利用化學專業檢驗金幣純度，對於國際金融貿易有重大貢獻。煉金術士還幫助了義大利製琴師史特拉底瓦里做出史上最受歡迎的小提琴，也幫助知名畫家改進顏料配方。今天我們所製造的小提琴與油畫塗料，在性能上還不如過去的大師作品，其中還有許多秘密有待現代化學分析來破解。

講者：戴桓青（臺灣大學化學系副教授）
時間：6 月 15 日
前導影片：https://youtu.be/r5tmG-qTYKQ
講者專訪：https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34026
演講回顧：coming soon
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