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「負離子」真的有拿~麼厲害?——《化學有多重要,為什麼我從來不知道?》

商周出版_96
・2020/10/15 ・2721字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

  • 作者/陳瑋駿

「負離子」在商品化的過程中算是被徹底濫用了,負離子的走紅,完全可說是拜商業行銷所賜。

什麼是負離子呢?

跟「陰離子」差別又在哪?雖然本質上來說,負離子與陰離子原本應指一樣的事物,只是翻譯上的問題,但若以商品化的初衷,負離子往往被視為「帶有電子的空氣」。

雖然這並不是一個科學正確的名詞,不過為了接下來討論方便,我們先遷就大多數人的慣性稱呼,叫它負離子吧。但別忘了,這裡所說的負離子,是「帶有電子的空氣」

為何讓空氣攜帶電子就可以賣錢?

這跟一個小遊戲有關。你有玩過氣球摩擦頭髮的遊戲嗎?因為氣球本身材質的緣故,與頭髮摩擦時,可從頭髮中得到少量電子,形成所謂的「靜電」。你會發現,氣球在摩擦頭髮後稍微拿開,不要離頭皮太遠,你可以看到髮絲會微微豎起,彷彿被吸附在氣球上。

事實上,氣球能吸附的不僅是頭髮而已,還可以吸起小碎紙片,還有灰塵微粒。同樣回過頭來看,「帶有電子的空氣」就像「帶有電子的氣球」一樣,可以吸附空氣中的小灰塵,進而達到空氣清淨、除塵的效果。不過,無論是空氣或氣球上的電子都無法久留,不消幾分鐘就會跳出去而回到原本不帶電的狀態。

玩氣球摩擦頭髮的遊戲時,將氣球拿開後,可以看到髮絲微微豎起。圖/商周出版

經過解釋之後,你是否覺得負離子並不是什麼特別先進的技術?不過,空氣不像氣球那樣可以抓來摩擦頭髮,那麼要如何吹出充滿負離子的空氣呢?

很簡單,只要在吹風口加裝一個所謂的「負離子產生器」就可以了(這玩意兒超便宜,不信去 Google 看看)!它會透過通電,讓電子們在一個金屬尖端上集合,當空氣通過金屬尖端時,會順手抓了點電子帶走。於是帶著電子的空氣就此啟程,接著就像前述的氣球例子一樣,把空氣中微小的髒汙粒子給吸住啦!

雖然商人口中的負離子不是一個「科學正確」的名詞,但既然有所謂的負離子,相對來講有「正離子」嗎?如果有的話,它們又有什麼用呢?

你有到過瀑布旅行嗎?是不是許多人都會形容,在瀑布旁呼吸時空氣特別清新?沒錯!瀑布周圍的空氣往往比較乾淨。

這不完全是因為森林裡汙染少的緣故,而是瀑布下墜的水珠在與空氣摩擦時,少量的電子會從水珠短暫轉移到空氣中,此時不只是空氣,其實就連小水珠也具有吸附灰塵微粒的功能,而小水珠正是「正離子」。

所以透過正、負離子的幫忙,空氣特別乾淨清爽(同樣的,大雨過後的空氣是不是也很清新?)!

瀑布下墜的水珠在和空氣摩擦時,少量電子會從水珠轉移至空氣中。圖/商周出版

如果還不相信「正離子」的存在,再拿著氣球摩擦頭髮看看吧!當氣球離開頭髮之後,試試看,找一些小紙片靠近頭髮,頭髮是不是一樣可以把紙片吸起來呢?這是因為電子從頭髮跑到氣球的緣故,此時的頭髮短暫失去了一些電子而帶正電,證明了正離子也有一樣吸附塵埃的作用。

日本伴手禮第一負離子吹風機怎麼來的?

負離子的應用還不止於「吸附」,若應用得宜,負離子的另外一個特性—「互斥」也能成為生財工具。例如近年極受歡迎的負離子吹風機,幾乎是所有旅日觀光客搶購家電名單的第一名。許多人使用後發現,一般吹風機是使用大量熱風吹乾頭髮,但吹乾效果卻遠不如負離子吹風機那麼好,這到底是怎麼回事呢?

首先,來談談為什麼吹風機要搭載負離子產生器?

要知道,負離子與負離子之間並不是互相吸引,而是互相排斥。在負離子被吹送到頭髮之後,電子跳到頭髮上面,頭髮之間便「相看兩厭」不容易糾纏在一起,進而維持髮絲之間的秩序,頭髮便相對容易快乾。

許多人認為負離子吹風機吹乾效果比一般吹風機好,但真的是負離子的功勞嗎?圖/giphy

但這樣子講對負離子來說的確是有些過譽,因為要快速吹乾頭髮還得考慮風量、溫度等因素,不同機種的參數也不盡相同,或許負離子還不是最關鍵,只是讓價格水漲船高的推手之一。

如果要證明負離子縮短了多少時間,最科學的方法,便是將吹風機的負離子產生器移除掉,用一模一樣的手法、在一模一樣的環境下吹頭髮。不過對業者來說,這也許是一個相當冒險的實驗,要是吹乾時間相去不遠,「負離子」可能就此跌落神壇,所以市面上似乎還看不到同款吹風機做出搭載與不搭載負離子的版本,也許就是這個原因吧?

今晚,我想來點負離子粉……

不過,要產生負離子的手段還不只有透過摩擦或通電來達成,只要觀察琳瑯滿目市售的負離子商品,相信不難看到負離子水壺、負離子床墊、負離子涼被⋯⋯負離子如此百搭,彷彿食衣住行都可以 feat. 負離子。

但這些日用品可沒有藏著一隻「皮卡丘」,偷偷幫你放電來聚集電子,其中的奧祕,便是在這些商品的製造過程中,摻入所謂的「負離子粉」

負離子粉其實也不是什麼神祕的黑科技,而是摻入了一些具有放射性的成分在裡面,在之後的章節我們會談到輻射線,現在你只要知道,這股能量足以讓空氣裡的電子短暫的脫逃,產生正、負離子。

但這類的負離子產品就不得不小心看待,因為這類輻射線能量較高的產品,如果是設計為長時間穿戴,就必須當心是否輻射劑量過高,如劑量越高,長久下來對人體造成傷害的風險也就越高。

所以,有「負離子」就有保庇嗎?

說到這裡,我想你一定能明白,不管我們用哪種手段製造出所謂的「負離子」,本質上就只是帶有電子的空氣。然而,如果你追求的是療效,目前在醫學上還沒有明確且一致的證據支持負離子對人體有益處。

因此想要購入負離子的商品來求個心安的同時,最重要的還是留意產品是否符合安全規範,否則讓來路不明的商品傷了身,還賠了荷包裡的辛苦錢,這個嘔氣的心理傷害也許比生理上的傷害還來得顯著吧!

——本文摘自泛科學2020年10月選書《化學有多重要,為什麼我從來不知道?》,2020 年 8月,商周出版
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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。

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。

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。

日出出版
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寫在起司工廠邀請函背面的曠世巨作:元素週期表出現的這一天——《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表》
日出出版
・2023/06/09 ・1127字 ・閱讀時間約 2 分鐘

雖然門得列夫一直思考著元素、原子量、分類,但是足足想了十年之久,才終於迎來「我發現了!」這個時刻,就是一八六九年二月十七日這一天,也許可以訂為「我發現了!」紀念日。這一天,他取消了以顧問身分視察起司工廠的行程,決定投入研究他日後最膾炙人口的代表作——元素週期表

真正的發現

首先,他在起司工廠邀請函的背後,把幾個元素的符號列成兩行:

接著,他列出一個稍微更大的陣列,包括十六個元素:

當天晚上,門得列夫就把整個元素週期表都畫了出來,包括六十三個已知元素。此外,這張表還留了幾個空格給當時未知的元素,甚至預測這些未知元素的原子量。

他將這張表複印兩百份,寄給整個歐洲的化學家。同年三月六日,門得列夫的同事在俄羅斯化學學會一場會議上宣布這項發現。一個月內,這個新成立的學會就在期刊上刊登了一篇文章,另一篇更長的則在德國發表。

多數關於門得列夫的大眾讀物和紀錄片會說他在夢中想到他的元素週期表,或在玩紙牌接龍時把牌當成一個個元素。這兩個故事,尤其後者,現在已經被許多門得列夫的傳記作者視為是杜撰的,例如科學史家麥克.戈爾丁(Michael Gordin)。

原則的堅持

還是回來討論門得列夫的科學方法吧。他和對手洛塔爾.邁耶爾很大的不同是,他不相信所有物質的統一性,也不支持普洛特關於元素具有複合性質的假說。門得列夫也刻意與三元素組的想法保持距離。例如,他提出氟應該和氯、溴、碘放在一起,形成一個至少四個元素的族。

洛塔爾.邁耶爾專注於物理原則,主要關注元素的物理性質,而門得列夫則非常熟悉元素的化學性質。然而,說到分類元素最重要的標準時,門得列夫堅持以原子量排序,不容許有任何例外。當然,許多在門得列夫之前的人,例如尚古多、紐蘭茲、奧德林,以及洛塔爾.邁耶爾都承認原子量的重要性,儘管程度不一。但是門得列夫對原子量與元素的本質有更深層的哲學理解,得以一探尚未被人發現的元素,進入這個未知領域

——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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探索自然知識的先行者:古希臘哲學家如何看待萬物的基本組成?——《世界史是由化學寫成的》
圓神出版‧書是活的_96
・2023/05/15 ・1970字 ・閱讀時間約 4 分鐘

古希臘哲學家中,不乏能精準測量天體位置的人,還有能運用幾何學知識來丈量土地的人。儘管他們尚未發展出「實驗」這項科學方法,但相對的,他們非常仔細觀察自然界發生的變化,並思考形形色色的問題,成為自然界和社會的知識探索者。

萬物皆由水組成

古希臘最早深入探索「萬物根源」的人是泰利斯(Thales)。他是個生意做很大的貿易商,曾搭船經由地中海,到埃及推銷橄欖油,是個見多識廣的人。

某天,泰利斯開始萌生疑惑:

世界上有數之不盡的萬象事物,都是由物質所構成的,而且物質的變化方式多得令人驚奇。雖說物質會不斷變化,卻並非無中生有,存在的東西也不可能完全消失;由此可知,物質是不生不滅的。無數物質不斷變化,但為什麼大家都是不生不滅的?

古希臘哲學家泰利斯(Thales of Miletus)。圖/wikipedia

泰利斯認為,所有物質必然是由唯一的「本原」所組成的,而他得到的答案就是水:

水遇冷後凝結成冰,加溫之後就會恢復原狀;溫度繼續升高的水會成為水蒸氣,再冷卻後又會形成水滴。河川、海洋和地表的水,都會變成水蒸氣上升到空中、形成雲朵,雲又會降水成為雨和雪。水能如此千變萬化,不論怎麼變也不會消失殆盡。話說回來,金屬的變化、生物形體的變化,不也都和水一樣嗎?

泰利斯推論,這些物質的型態和外形不論再怎麼變化,也不會完全消失,應該是因為所有物質都是由某個「本原」所組成的——不論構成的是金屬或生物。

後來泰利斯便把構成所有物質的「本原」命名為「水」。

值得注意的是,泰利斯所說的「水」,並不是指現代科學做為研究對象、做為物質的水,而是將變化不歇、變換型態後生成其他物質,並能再度回歸原初型態的萬物本原稱為「水」而已。這種思考的背景,可能來自於他曾到東方旅行,聽聞流傳在美索不達米亞的世界起源傳說、得知其故事中心就是「水」,才深受影響。

泰利斯的「水」,促使眾多學者開始思考萬物的「本原」(元素)為何。有人認為本原是「空氣」,經過壓縮和稀釋,分別形成水、土和火,進一步創造了自然界;也有人認為本原就是「火」,並將自然界比喻為「燃起、消失,無時無刻都在活動的火」。

微粒組成萬物

對於「萬物根源」是什麼的問題,德謨克利特(Democritus)提出了名為「原子論」的主張。

和泰利斯一樣,德謨克利特曾周遊地中海沿岸,徒步觀察風土、歷史和文化迥異的各個國家裡,有什麼樣的自然環境與人民,並學習各國的學問和技術。他認為,創造萬物的「本原」存在於無數微粒中,而且這一顆顆粒子永遠不會毀滅。他將這些無法再分解得更小的微粒,以希臘語中意指「不可分割之物」「atomos」(原子)來命名。

德謨克利特還思考了另一項觀點,也就是「虛空」(什麼都沒有的空間),若改用現代科學的用語來說,就是「真空」。因為原子會占據空間、四處活動,所以必須要有提供給原子活動的「虛空」。

簡單來說,德謨克利特的原子論就是「萬物是由原子和真空所構成的,除此之外別無其他」。

古希臘哲學家德謨克利特(Democritus)。圖/wikipedia

德謨克利特認為,無數原子在除了原子以外什麼都沒有的空間裡,激烈且毫不停歇地四處活動,互相撞擊、形成漩渦。有的原子雖然會和其他原子相連成一團,但這團東西總有一天會分解,恢復成原本四散的原子。只要改變原子的排列方式和組合,就能製造出不同種類的物質。萬物是藉由原子的組合而形成,就連火、氣、水、土也不例外。

據說德謨克利特寫了一系列共七十多部鉅著,但沒有一本流傳下來。由於他大膽主張,人類的靈魂也是由輕盈、活潑好動的原子組成,不會遵從神的指示,而是跟隨控制原子運動的自然定律;只要構成人類肉體的原子瓦解分散,人類的靈魂就會消失。也就是說,神並不存在。他因此遭到統治階層指控「試圖抹滅神的存在」,並飽受攻擊,與他有關的書籍全數遭到銷毀。我們之所以能認識德謨克利特的事蹟,主要是由於反對原子論的哲學家們,將他的思想記錄在自己的著作之故。

——本文摘自《世界史是化學寫成的:從玻璃到手機,從肥料到炸藥,保證有趣的化學入門》,2022 年 2 月,究竟出版,未經同意請勿轉載。

圓神出版‧書是活的_96
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書是活的,他走來溫柔地貼近你,他不在意你在背後談論他,也不在意你劈腿好幾本。 這是一種愛吧。 圓神書活網 www.booklife.com.tw