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歷史文物醫師的化學修復之術—《科學月刊》

科學月刊_96
・2016/09/04 ・3370字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

文物保修並不像大家平日所看到的對物體修補及外觀塗漆保護那樣簡單。文物保修工作是一門結合了科學、歷史及藝術的專業學科,融合了傳統技藝、修護技能、現代科技與歷史美學的跨領域學門。

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修護後的藍地黃虎旗。圖/作者提供

文/鄭政峯|美國北德州大學分析化學博士,任教於中興大學化學系,曾為台南藝大古物所兼任教授,研究領域為分析化學、應用化學。

歷史文物,是歷代先民所製造和使用過具有歷史藝術和科學價值的各種物質,它們反應出人類在歷代的生活文化,也反應出當時的科學技藝。因而歷史文物所蘊涵的文化價值也愈來愈引起現代社會人民的高度重視,如何保存或修護歷史文物已成為全人類的責任。

化學科技的發展在人類的科技文明發展史上佔有很重要的角色,例如煉鐵製造各式器具、青銅器鑄造、陶瓷、及造紙等技術發展, 可說是人類追求基本生產活動的結果,也是追求文明之產物。因此這些歷史文物,都有古代化學科技所遺留的足跡。

文物修護在臺灣

文物修護師的任務,除了以客觀熟練的修護技術,將老舊劣損之文物作品盡量回復到創作原貌,以延續文化藝術的歷史價值外,更必須要結合文物保存概念及修護所運用的工藝材料與技法,讓文物維護的精神推廣至藝術創作中。過去國人對文物保修都是處在較迷糊的認知層次,近年來才漸次引起國人的注意。

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2012 年,對在 1895 年為反對割讓臺灣給日本所建立的臺灣民主國的藍地黃虎旗國旗被考證修復後,更掀起國人對文物保修的重視。為厚植國內在文物保修的能力,臺南藝術大學的古物維護研究所曾於 2001 年底首度邀請德國壁畫修復大師貝克特(Barbara Beckett)來臺參加壁畫保存修護研討會,並數次參與嘉義新港水仙宮及臺南媽祖廟等古蹟壁畫修護工作,將相關經驗傳授給國內學子及文化遺產保存工作者。由於文物保修是一門跨領域的科學,本人當時在古物所兼任講授文物保存應用化學課程,幸得有機會協助解釋壁畫修護技術中所發生的化學反應與物理現象,讓讀者就文物保修與化學的關係做初步認識。

化學如何用以修護文物

文物保修的歷程離不開化學相關科技,化學在文物保修的相關性,可分幾個層面來探討。依物質的化學組成性質,可將文物分為金屬材料(青銅器、鐵器、金器、銀器、錫器、鉛器)、無機非金屬材料(石器、玉器、陶器、磚瓦、壁畫、泥塑等)、有機材料(書、畫、紡織品、竹器、漆器、木製品及皮革等)。

這些文物經歷了漫長的歷史歲月,發生了許多變化。從長期保存文物的角度來看,有些變化並沒有不良的影響, 並可作為它特有的歷史標記,然而有些則不利於文物的長期保存。對於不利的因素,我們要利用現代的科技加以處理,以盡量保持它的原貌並延長壽命。在現今的保存環境下,文物還是會繼續發生變化,如青銅器的有害銹蝕、石刻的風化侵蝕、陶器彩繪和壁面退色剝落、古建築木製構件的腐朽和白蟻危害、出土紙類和紡織品的糟朽蟲蛀霉變等,都是需要繼續加以防止。青銅器、陶器、瓷器等是古代人利用化學方法改造過的物質;塗料、顏料、染料、接著劑、焊料等屬化工原料,則是研究化學史及其相關技術之重要資料。

675px-Conservation_at_the_Church_of_Suceviţa
文物依材料分類的不同,受到的損害威脅與修復方式也不同。圖/wiki

因此,在文物修復、保護、考證方面,化學分析可作為強而有力的後盾:以化學方法研究阻止或延緩文物劣變的技術,提高文物抵抗不利因素(光輻射、蟲蛀、霉變等);或用以解開文物的製造時期,如秦代青銅件表面鉻層的著鍍和漢代銅鏡黑漆的形成;甚至能用於探討出土文物在地下之儲存環境,以便分析文物變化和保護條件;以及運用常見的同位素法以估計文物的年代。

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舉凡地球上任何物件,從被製造或生成開始,即開始邁向毀損的趨勢,只是時間快慢而已,歷史文物亦不例外。因此欲使這些文物能留存,就得塑造環境使文物能減緩或免於毀壞。這就需借重各種科技的應用,而化學科技在其中就佔有很重要的角色,例如溫濕度控制、迴避光線的傷害、防止氧化退化等都常靠著化學的方法或理論推演技術來達成。出土文物之處理、保護與維持,更與化學離不開關係。另外,古物修護直接或間接所用到的材料,也都離不開與有機化學、無機化學、高分子化學及材料化學的關係;其他如古物材質鑑定、年代鑑定、及文物材料的鑑偽,亦都屬於化學的分析工作。

化學在文物保存應用的研究層面很廣,或多或少涉及有機化學、無機化學、物理化學、分析化學及高分子化學等原理及技術。因此要在文物保護技術方面有所突破,除必須瞭解各年代的科技發展,即具備科技史之知識外, 還必須以化學研究所必須具有的態度,發覺問題所在,研究出解決方案,提昇文物保存科技。

然而文物之所以能被留存與重視,有其特殊的歷史意義存在。因此利用化學科技來進行文物的保護有幾項原則必須遵行:保持文物的歷史標記,不讓文物值得被保存的意義性喪失;文物被保護性的處理後,不能留下隱藏性或不可回復的傷害;並需防止或延緩各種有害因素對文物的損害,同時達到長期性的保護效果

文物保修現場

文物保修並不像大家平日所看到的對物體修補及外觀塗漆保護那樣簡單。文物保修工作是一門結合了科學歷史藝術的專業學科,融合了傳統技藝、修護技能、現代科技與歷史美學的跨領域學門。對於文物的保修,必須先要對文物的材質、形狀、損害情況、損害原因及文物的歷史意義或藝術價值進行了解,再針對不同文物擬定出保修方案。然後才是對文物的具體處置,例如清洗(除汙)、修復、及最後的保護處理。

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清洗除汙並非一般僅藉小刷子用水洗一洗,而是先要試驗選用能除污但又不傷害文物的適當清洗方式,如清洗溶液的種類、溶解度參數、清潔試劑或酵素及清洗技法等;修復則要先以儀器檢測出文物原有的材料,再優先以原材質或可相容的材質搭配適當工法來修復;保護處理更需要選擇耐候及可逆的材料對修復後的文物作加固或保護處理。

以出土的木製文物為例,從地底出土的木製品,如果直接脫水,往往會起裂開翹。另外文物埋在土中屬處在缺氧狀態,除沾有泥污外,亦吸附不少鹽類於文物本體中。當木製文物出土後觸及空氣及陽光,所處環境轉變為富氧狀態,文物很容易被氧化或受光反應分解裂化。很多從千年古墓出土的古文物很容易遭受環境的改變而毀損即是此因,因此對剛出土的木製文物就必須對此環境變異的毀損做防範。

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新港水仙宮修護前的壁畫。圖/作者提供
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師生很有耐心的試驗清潔處理方法。圖/作者提供

在表面除汙後,一般會將出土的木製文物置入水中,讓文物所吸附的鹽類溶至水中,不斷更換水直至鹽類不再溶出為止(可滴加硝酸銀水溶液至水中觀察有無白色氯化銀出現)。其次為加固的前處理,將除鹽後富滿水於木質細縫的文物移置入酒精溶液中,以酒精將在木質細縫中的水分置換出後,再移浸入丁醇溶劑中,以丁醇置換出木質細縫中的酒精。最後浸入含聚乙烯醇(PVA)的丁醇溶液中, 以平衡方式讓聚乙烯醇進入木質的細縫中置換出丁醇,漸提高聚乙烯醇濃度,使聚乙烯醇飽和於木質細縫中,讓填縫的聚乙烯醇與木質纖維間以氫鍵作用力加固木製文物後,再於木製文物表面塗上保護層隔離空氧及防止光害。經過這一連串複雜步驟,木製文物才不至於會起裂開翹。完成了出土木製文物的保修基礎工作後,再依文物管理的條件保存。不同材質的文物在文獻上都有特殊的保修策略可參考。

文物修復有賴修復師(文物醫生)的巧手回春,才能完成任務,而文物醫生巧手回春的重要工具及過程則有賴化學科技的檢測診斷(聽診器)、清洗除汙(清傷)、固定(支架)及修護暨保護(治療及醫美)。文物修復屬跨領域的科學,從事文物修復工作者大多屬於美術或藝術專業,因此需要更多化學相關的專業工作者一同加入。

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科學月刊

 

本文選自《科學月刊》2016年7月號

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非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

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停工即停薪:如何證明你的時間值多少?車禍背後的認知 x 情緒 x 金錢 x 法律大混戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/01/09 ・3286字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 PAMO車禍線上律師 合作,泛科學企劃執行

走在台灣的街頭,你是否發現馬路變得越來越「急躁」?滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車,為了拚單量與獎金,每個人都在跟時間賽跑 。與此同時,拜經濟發展所賜,路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈,讓車禍不再只是一場意外,更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出,我們正處於一個交通生態的轉折點,當「把車當生財工具」的職業駕駛,撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主,傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」(有跑才有錢,沒跑就沒收入)的零工經濟時代,如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退?

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如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?/ 圖片來源: Nano Banana

薪資證明的難題:零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠,邏輯相對單純:拿出公司的薪資單或扣繳憑單,計算這幾個月的平均薪資,就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代,這套邏輯卡關了!施尚宏律師指出,許多外送員、自由接案者或是工地打工者,他們的收入往往是領現金,或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是,零工經濟的特性是「高度變動」,上個月可能拚了 7 萬,這個月休息可能只有 0 元,導致「平均收入」難以定義 。

這時候,律師的角色就不只是法條的背誦者,更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台(如 Uber、台灣大車隊)的流水帳整合,或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入(例如學生開學期間),只要能證明過往的接單能力與紀錄,在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

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PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言 / 圖片來源: Nano Banana

300 萬張罰單背後的僥倖:你的直覺,正在害死你

根據警政署統計,台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」,一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後,藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A:我在紅線違停,人還在車上,沒撞到也要負責? 許多人認為:「我人就在車上,車子也沒動,甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我,自己操作不當摔倒了,這關我什麼事?」

施律師警告,這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道,導致後方車輛必須閃避而發生事故,你就可能必須背負民事賠償責任,甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話: 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態,其巨大的代價可能是人命。

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陷阱 B:變換車道沒擦撞,對方自己嚇到摔車也算我的? 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時,後方騎士因為嚇到而摔車,但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」,能不能直接開走?

答案是:絕對不行。

施律師強調,車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係,你若直接離開現場,在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪,後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。

正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。/ 圖片來源: Nano Banana

保險不夠賠?豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢,是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴,更因為衍生出的「代步費用」驚人。

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施律師舉例,過去撞到車,只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320,車主可能會主張修車的 8 天期間,他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算,光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候,一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼?

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」,他們有內部的數據庫,只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想,為了拿到這筆額外的錢,對方可能會採取「以刑逼民」的策略:提告過失傷害,利用刑事訴訟的壓力(背上前科的恐懼),迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外,駕駛人仍需要懂得談判策略,或考慮尋求律師協助,在保險公司與對方的漫天喊價之間,找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態:「溫柔而堅定」最有效?

除了有單據的財損,車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言,這在法律上沒有公式,甚至有點像「開獎」,高度依賴法官的自由心證 。

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雖然保險公司內部有一套簡單的算法(例如醫療費用的 2 到 5 倍),但到了法院,法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下,正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議,在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」,這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員,裝兇只會讓對方心裡想著:「進了法院我保證你一毛都拿不到,準備看你笑話」。

相反地,如果你能客氣地溝通,但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據,清楚知道自己的底線與權益,這種「堅定」反而能讓談判對手買單,甚至在證明不足的情況下(如外送員的開學期間收入),更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外,它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代,無論你是為了生計奔波的職業駕駛,還是天天上路的通勤族,光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子,可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞,或是責任不明的糾紛。為了這點錢,要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差,恐懼於「會不會被告肇逃?」、「會不會留案底?」、「賠償多少才合理?」而整夜睡不著覺 。

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PAMO看準了這個「焦慮商機」, 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」,而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂,PAMO 提倡的是「大腦武裝」,當車禍發生時,線上律師團提供策略,教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示,他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時,背後有個軍師,能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。 / 圖片來源: Nano Banana

從違停的陷阱到訂閱制的解方,我們正處於交通與法律的轉型期。未來,挑戰將更加嚴峻。

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當 AI 與自駕車(Level 4/5)真正上路,一旦發生事故,責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時,誰該負責?怎麼舉證?

但在那天來臨之前,面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱,你選擇相信運氣,還是相信策略? 先「武裝好自己的大腦」,或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網:https://pse.is/8juv6k 

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毒藥的歷史:死亡、救贖與科學的交匯點——《毒藥的滋味》
PanSci_96
・2024/09/03 ・2429字 ・閱讀時間約 5 分鐘

奪命計劃的冷酷藝術

在犯罪史上,謀殺是特別令人髮指的罪行;而在各種殺人手法之中,只有寥寥幾種會像毒藥那樣,令人有如此奇特的病態迷戀。與一時腦熱的衝動謀殺相比,毒殺所涉及的事前規劃與冷酷的算計,完全符合法律術語中的「惡意預謀」(malice aforethought)定義。毒殺需要預先籌畫並了解受害者的習慣,也必須考慮如何下毒。有些毒藥只要幾分鐘就能奪人性命,其他則可以長期慢性下毒,逐漸在體內積累,最終導致受害者必然的死亡。

這本書沒有要列出下毒者及受害者的清單,而是要探討毒物的性質,以及它們如何在分子、細胞和生理層面影響人體。每種毒藥都有獨特的致死機制,受害者所經歷的各種症狀往往都是線索,有助於抽絲剝繭找出他們被下了什麼毒。在少數情況下,這些知識有助於給予適當的治療,讓受害者能完全康復。但在大多數情況下,就算知道是什麼毒物對於治療也沒有幫助,因為根本沒有解藥。

毒殺因冷酷計劃與預謀惡意而特別令人髮指。 圖/envato

雖然毒物(poison)和毒素(toxin)這兩個詞經常互換使用,但嚴格來說它們並不相同。「毒物」是任何會對身體造成傷害的化學物質,可以是天然的,也可以是人造的,而「毒素」通常是指生物所製造的致命化學物質。不過如果你是被下毒的一方,那麼兩者的差異就只是學術討論了。

毒物的兩面性:從致命陷阱到救命藥

toxikon 這個字源自古希臘文,意思是「箭頭浸泡的毒物」,指的是塗抹在箭頭上以導致敵人死亡的植物萃取物。當 toxikon 這個字與希臘文的「研究」logia 相結合,就成為我們現在的「毒理學」或「毒素研究」(toxicology)這個詞。毒物一詞源自拉丁語的 potio,意思是「喝」,之後慢慢演變成古法語中的 puison 或 poison。「毒物」這個字在一二○○年首次出現在英語中,意思是「致命的藥水或物質」。

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從生物體中獲得的毒物通常是許多化學物質的混合物。例如,致命的茄科植物(也稱為顛茄)的粗萃物相當危險,從這些萃取物中也可以純化出化學物質阿托品(atropine)。同樣的,毛地黃花(foxglove)的植物本身也有毒,還能從中萃取出單一的化學物質毛地黃(digoxin)。

有一些歷史悠久的毒藥是混合幾種不同的毒物製作而成,例如「托法娜仙液」(Aqua tofana)就是混合了鉛、砷和顛茄的毒藥。

在瓶子裡人畜無害的化學物質最後怎麼會變成屍體裡發現的毒?無論是哪一種毒藥,在死亡發生之前都會有三個不同階段:下毒、行動和效果。

下毒有四種途徑:消化、呼吸、吸收或注射。也就是說,它們可能是被吃掉或喝掉,透過腸道進入體內;吸入肺部;直接透過皮膚吸收;或是透過注射到肌肉或血液中進入體內。兇手選擇何種方式讓毒物進入受害者體內,取決於毒物的性質。儘管有毒氣體已被用於殺戮,但這涉及一定程度的技術難度,因此並不實用,而且這種手法通常難以針對特定個人。

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透過眼睛和嘴巴的皮膚或黏膜吸收可能非常有效:兇手不必與受害者有任何接觸,甚至在中毒當下還能留在附近。光是將毒藥塗抹在受害者即將接觸的物品上就足以導致死亡。混合在食物或飲料中為大多數毒物提供了一條簡單的途徑,特別適用於固體結晶毒物,因為它們可以簡單灑在飯菜上或溶解在飲料中就好。

不過有一些毒物必須注射到體內才能發揮作用,有時候這是因為毒藥是一種蛋白質,如果加入食物攝取,就很容易被腸胃分解。此外,兇手一定要離受害者夠近才能注射毒物。

毒藥可透過皮膚、食物、或注射進入體內,兇手無需直接接觸即可致命。 圖/envato

毒藥如何摧毀人體機制?

現在我們來看毒物的核心:它們如何破壞身體的內部運作?

毒物確切的作用方式五花八門,而它們的效果則揭曉了許多人類生理學的奧秘。許多毒物會攻擊神經系統,破壞控制身體正常功能且高度複雜的電子訊號:如果阻斷的是心臟各部分之間的交流,可以視為毒物使心臟停止跳動並導致死亡;如果破壞控制呼吸的橫隔膜肌肉調節,同樣也會使呼吸停止,導致窒息而亡。

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也有些毒物會偽裝,隱藏真實身分後進入身體細胞,這些毒物的外型與細胞的重要成分極為相似,但不完全相同,因此可以進入細胞的新陳代謝過程,但無法執行正確的生化功能。毒物會假冒體內的細胞分子,使得細胞的化學作用緩慢停止,最終死亡。當死亡的細胞夠多,整個身體就會跟著死去。

如果不同的毒物以不同的方式發揮作用,不難想像受害者所經歷的症狀也會不同。以大多數消化型的毒物而言,無論作用方式為何,人體的第一反應通常是嘔吐和腹瀉,試圖藉此從體內清除毒物;影響心臟神經和電流訊號的毒物則會導致心悸,最終導致心跳停止;影響細胞化學性質的毒物通常會引起噁心、頭痛和嗜睡的症狀。毒物的作用及可怕後果的故事在本書中比比皆是。

雖然大多數人認為毒物是致命的藥物,但科學家也已經使用與毒物完全相同的化學物質來梳理細胞和器官內部的分子和細胞機制,利用這些資訊開發能夠治療和治癒多種疾病的新藥。舉例來說,科學家透過研究毛地黃植物中的毒物如何影響身體,成功研發出了治療充血性心臟衰竭的藥物。

現代外科手術時使用的常規藥物,同樣也是透過了解顛茄如何影響人體運作後問世,這種藥物除了能預防術後併發症,甚至還能治療在化學戰中受害的士兵。由此可知,化學物質的本質沒有好壞之分,它只是一種化學物質。造成差異的是使用這種化學物質的意圖:是要保護生命,或是奪去生命。

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——本文摘自《毒藥的滋味:11種致命分子與使用它們的凶手》,2024 年 7 月,方舟文化,未經同意請勿轉載。

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最理想的元素週期表?其實元素週期表有很多種!——《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表》
日出出版
・2023/06/10 ・2017字 ・閱讀時間約 4 分鐘

前面幾章都在談元素週期表,但還有一個重要面向沒有提到。為什麼有這麼多元素週期表出版,而且為什麼現在的教科書、文章、網路,提供這麼多種元素週期表?有沒有「最理想的」元素週期表?追求最理想的元素週期表有意義嗎?如果有,我們在找出一份最佳週期表的過程中取得那些進展?

種類數量可觀的元素週期表

愛德華.馬蘇爾斯(Edward Mazurs)關於週期表歷史的經典著作中,收錄自一八六○年代首張元素週期表繪出以來,大約七百張的元素週期表。

馬蘇爾斯的書本出版已過了四十五年左右;之後,期間至少又有三百張週期表問世,如果再加上網路上發表的就更多了。為什麼會有這麼多元素週期表,這件事情需要好好解釋。當然,這些元素週期表中,許多並沒有新的資訊,有些從科學的觀點來看甚至前後矛盾。但即使刪除這些具有誤導性的表,留下的數量還是非常可觀。

元素週期表的變體:有圓形的還有立體的?

我們在第一章看過元素週期表的三個基本形式:短元素週期表中長元素週期表長元素週期表。這三類基本上都傳達差不多的訊息,但相同原子價(編按:原子的價數,金屬為正價、非金屬為負價)的元素,在這些表中有不同的分族。

此外,有些週期表不像我們一般認識的表格那樣四四方方。這種變體包括圓形橢圓的週期系統,比起長方形的元素週期表,更能強調元素的連續性。不像在長方形的表上,在圓形或橢圓形的系統中,週期的結尾不會中斷,例如氖和鈉、氬和鉀。

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但是,不像時鐘上的週期,元素週期表的週期長度不同,因此圓形元素週期表的設計者需要想辦法容納過渡元素的週期。例如本菲(Benfey)的元素週期表(圖 37),過渡金屬排列的地方從主要的圓形突出來。也有三維的元素週期表,例如來自加拿大蒙特簍的費爾南多.杜福爾(Fernando Dufour)所設計的(圖 38)。

圖 37/本菲(Benfey)的圓形元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表
圖 38/費爾南多.杜福爾(Fernando Dufour)的三維元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表

但我認為,這些變體都只是改變週期系統的描繪形式,它們之間並無根本上的差異。稱得上重要變體的,是將一個或多個元素放在和傳統元素週期表中不同的族。討論這點之前,我先談談元素週期表一般的設計。

元素週期表的概念好像很簡單,至少表面上是,因此吸引業餘的科學家大展身手,發展新的版本,也常宣稱新的版本某些地方比過去發表的更好。

當然,過去有過幾次,化學或物理學的業餘愛好者或外行人做出重大貢獻。例如第六章提過的安東.范登.布魯克,他是經濟學家,也是首先想到原子序的人,他在《自然》等期刊發展這個想法。另一個人是法國工程師夏爾.雅內(Charles Janet),他在一九二九年發表「左階式元素週期表」(Left-step periodic table),後來持續受到週期表的專家和業餘愛好者的關注(圖 39)。

圖 39/夏爾.雅內(Charles Janet)的左階式元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表

「理想」的追求

那麼,追求最理想的元素週期表真的有意義嗎?我認為,這個問題的答案取決於個人對週期系統的哲學態度。一方面,如果一個人相信,元素性質近似重複的現象是自然世界的客觀事實,那麼他採取的態度是實在論。對這樣的人而言,追求最理想的元素週期表非常合理。最能代表化學週期性事實的就是最理想的元素週期表,即便這樣的表還沒制訂出來。

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另一方面,工具論者或反實在論者看待元素週期表,可能會認為元素的週期性是人類強加給自然的性質。若是如此,就不必熱切尋找最理想的元素週期表,畢竟這種東西根本不存在。對約定俗成論者或反實在論者來說,元素究竟如何呈現並不重要,因為他們相信我們處理的,不是元素之間的自然關係,而是人造關係。

——本文摘自《【牛津通識課10】元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表》,2023 年 4 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

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