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甲烯?假烯?

昱夫
・2014/08/22 ・1650字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

甲烯

高雄氣爆的陰影仍在,回想當時的新聞,不乏對事件元凶「丙烯」有諸多報導,其中最讓人印象深刻的,就是某校化學老師畫了一個號稱丙烯的分子式,引起各界激烈的討論⋯⋯然後,過了不久,又出了一則新聞,內容描述「甲烯、乙烯、丙烷⋯⋯等氣體外漏」,等等!「甲烯」?這是不對的吧!李組長眉頭一皺,察覺案情並不單純,究竟「甲烯」是什麼東西呢?它又會帶來什麼樣的誤解呢?讓我們繼續看下去。

首先我們可以從字面上開始拆解,到底什麼是「烯」?又為什麼要在前面加「甲」勒?

烴類

要了解「烯」必須從「烴」(ㄊㄧㄥ)開始:烴指的是碳氫化合物(hydrocarbon),若整個分子內只包含碳和氫兩種元素便稱作烴。烴類化合物裡,每個碳會傾向於對外接四個鍵結(鍵結就像是原子間的橋樑,將原子拉在一起不分開,可以想像碳有四隻手要拉住旁邊的元素),以維持最穩定的結構,而與它相接的,可以是另外的碳或氫;相對於碳,氫則傾向於只接一個鍵結,來達成穩定的形態。

知道這些後,另ㄧ個要考慮的問題,就是分子中有幾個碳和氫?它們又該如何彼此相接?

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烷、烯、炔

當限制ㄧ個分子中只有一個碳,由於碳要外接四個化學鍵才會穩定,合理的推論我們還需要四個氫,分別連在碳的四隻手上(氫和氫不能互連,不然它們自己就成了獨立的穩定分子了(其實就是氫氣H2),不符合我們ㄧ開始設定只有一個分子的條件)。若是ㄧ個分子有兩個碳,情況就變得比較複雜了,首先,碳碳彼此一定互接(中間不可能插只能接一個鍵的氫),兩個碳各自剩下的手再去接氫,這時候有幾種可能:

  1. 碳碳間只接一個鍵(稱為單鍵),剩下周圍的六隻手去接氫;
  2. 碳碳間互接兩隻手(雙鍵),兩個碳各剩下兩隻手接氫;
  3. 碳碳間接了三隻手(參鍵),兩個碳各剩下一隻手接氫;
  4. 碳碳間接滿四隻手,外側不接氫;這種情形在化學上基於碳原子的軌域性質(影響鍵結),事實上無法發生,故在此不考慮。

化學命名系統中,若烴類中存在的碳全部都以單鍵互連,稱作「烷」;若分子中有一對碳碳是以雙鍵相接稱作「烯」;而碳碳間有一對參鍵則稱「炔」,這便是烴類中主要的三大分類。知道了什麼是「烯」後,那前面的甲乙丙⋯⋯是代表什麼勒?

甲乙丙⋯⋯?

當談到烴類化合物,除了烷、烯、炔是用來描述碳碳間鍵結的特性,我們還需要詳細告訴聽眾一個分子中有幾個碳(也就是上段中我們一開始做的限制)。中文上,習慣直接用「甲乙丙丁⋯⋯」來描述分子中碳的數量(只有1個碳就是甲,2個是乙⋯⋯),若碳的數目太多,則會直接用數字取代(稱18、19、20⋯⋯)。

將這兩項命名規則結合,我們就可以簡單描述ㄧ個烴類。舉例:上面說的一個碳接上四個氫(沒有碳碳雙鍵且只有ㄧ個碳),就是甲烷;兩個碳以單鍵相接,旁邊接六個氫便是乙烷;以此推論,兩個碳以雙鍵相接是乙烯,以參鍵相接是乙炔。(注意:這只是最基本的規則,隨著碳數增加,同樣碳數、鍵結會出現有更多不同的相連方式,屆時要描述ㄧ個特定結構便需要更複雜的命名,在此只討論最簡單的分類)

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烴類

丙烯

看到這裡,我們可以想想氣爆事件的主角「丙烯」應該長什麼樣子。「丙」代表分子中有三個碳(C),「烯」代表有一對碳以雙鍵相連,其餘剩下碳的手都接上氫(H),就會是丙烯的樣子(如下圖)。

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From wiki

 

甲烯!?

最後,我們終於可以回頭看看新聞上提到的「甲烯」這個玩意兒,單從命名上來說,「甲」代表分子中只有ㄧ個碳,「烯」則代表一對碳碳用雙鍵相連。如何,發現奇怪之處了嗎?如果分子原本就只有一個碳,又哪來的另一個碳和它形成雙鍵呢?故「甲烯」這個名詞,從標準化學命名法來說,是不成立的,不可能存在這樣的穩定物質。

李組長笑了笑,想必你我已經明瞭,是「甲烯」還是「假烯」,下次看到新聞,相信我們不會再輕易被一些化學名詞所迷惑,失去了判斷能力。

參考資料:

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  1. 國立編譯館化學命名原則2009

 

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文章難易度
昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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