改變世界的七種元素

在暑假期間，國一升國二的學生，可能會先預習理化，會先背元素週期表。

但是，如果只是強記週期表、背一背化學元素符號，那麼就會失去一些學習的樂趣。

為了賦予化學元素更多更豐富的意義，讓教師在授課時有更多內容可以補充，

閱讀這一本『改變世界的七種元素』，會幫助理化教師補充一些有趣的科普知識。

讓學生在學習週期表時，會更懂得科學與歷史、科學與社會的關係。

在111個化學元素中，是哪七個元素能夠雀屏中選呢！

作者John Browne(布朗)是英國皇家學會及皇家工程研究院的院士。

曾經在英國石油公司工作40餘年，從獨特視角，選出七種對世界影響最大的元素。

這七種元素分別是『鐵、碳、金、銀、鈾、鈦、矽』。

                             第一個元素是鐵，一點都不意外。

鐵是重工業之母，建築土木、汽車工業、甚至餐飲業的餐車也是用不鏽鋼製作的。

地球核心的主要成分是鐵。當固態的內核旋轉時，帶動液態的外核流動，生出電流，

地球周圍因而產生磁場。地磁使太陽風無法靠近地球，太陽風是對生物有害的游離輻射。

作者以美國南北戰爭中的漢普敦錨地戰役是掀起裝甲戰爭的重要海戰為例，

說明「鐵」成為武器，並且收藏了版畫印製廠卡瑞耳艾維士（Currier&Ives）描繪這場戰役的版畫。

作者更以『位於魯爾河岸的埃森市是德國的工業中心，……

安德特.克魯伯（Arndt Krupp）及子孫艾佛烈.克魯伯（Alfred Krupp）在兵工廠製作大炮……』

清楚說明德國與法國彼此為了爭奪煤礦與鐵礦，而引發的戰爭。

作者布朗曾在英國石油公司工作達40餘年，因此對於鑽油平台也很瞭解，

提到墨西哥灣最大的油田，雷馬油田，有一座空前未有的巨大結構，

是全世界最大的半潛水式離岸採油平台，雷馬PDQ（六萬噸的鋼所組成的），

在2005年遇到丹尼斯颶風（Hurricane Dennis）侵襲仍然屹立不搖，

見證了鋼鐵的驚人強度，以及我們可以信任、並利用它到多大的規模。

最後，以美國卡內基以及印度塔塔家族為例，

說明兩者都是利用鐵去開發國家的工業實力，最百年企業奠定基礎，最後又回饋給社會。

（位於臺灣高雄市的中鋼大樓。）

                           第二個元素是碳，更是理所當然，一定要選這一個元素。

在國中理化的有機化合物中，已經清楚明確地說

『有機化合物是以碳元素為骨幹，氫、氧、磷、硫…..等元素所組成。』

碳也是DNA的骨架，我們的身體是依照這些遺傳密碼的指示打造、修復的。

碳是生命的元素。

作者以每年七月的第三個星期六，都會去觀賞威尼斯的救主節煙火為例，

說明煙火色彩繽紛，靠的是每一種元素的原子各自發出特殊的顏色，

銅是黃綠色、鍶是紅色、鈉是黃色。

但是這場奪目的表演，最重要的元素是碳。

沒有碳的話，連煙火都無法射離地面。碳是火藥的燃料。

不過，單單只有碳時，卻毫無用處。

如果燃料裡面純粹是碳，火藥不會爆炸，因為純碳要在很高的溫度才會點燃，

必須添加氧化劑加速碳的燃燒，才能使煙火砰一聲發射出去。

對碳原子而言，關鍵在於它以什麼型態存在。

形式才是重點：煤、石油、天然氣。

作者最後以『碳為人類做了很多事;我們必須確認它要求的代價不是我們付不起的。』

提醒了我們燃燒碳之後，所產生的二氧化碳，加劇溫室效應與氣候變遷。

在今日以色列艾可市（Acre）南方有一小片沙灘，

含泥帶沙的納曼河（Na’aman River）在此匯入地中海。

退潮時，富有大量矽石的乾淨白沙就會露出來。

有一群商人為了追尋海洋的財富而航行到此地，

為了用餐而停下來。

因為沙灘上找不到石頭，船員就由船上拿幾塊蘇打，

那是一種鹼，墊在大鍋底下。

『在烹煮食物的過程中，他們見到那個地方的岩石轉變成一種會流動、

有光澤的物質……從此人類就懂得製造玻璃了。』

我們能持續製造新式的裝飾玻璃，主要歸因於玻璃中原子的排列方式，

這使玻璃有很好的可塑性。

當沙粒與蘇打一起熔化時，形成的液體黏性很大，

當它冷卻成固體時，原子來不及移動到正確的位置以形成規律的晶體結構。

矽與氧因此凝固成類似液體的不規則結構，

所以幾乎可形塑成任何形式。

玻璃中任意的原子排列方式，也為混入其他原子留下空間。

只要加入少量雜質，玻璃就可以有不同的光學性質: 透明、半透明、不透明和混濁。

而且這些性質又可以搭配出 無限多的顏色變化。

（攝於羅東北成天主堂的彩色玻璃。）

矽太陽能電池每吸收一個光子，只會產生很小的電流。 

那是因為光子的能量轉移給電池中的電子，以及與電子配對而帶正電的[電洞]。

光子的能量必須高於半導體的能隙才能被吸收，

只有一小部分的光子具有足夠的能量。