Schrödinger's Earthworm

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化學不是科目,而是一種多元開放的人生態度。
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備審資料自傳---台大化學營的洗禮

 由於對化學的熱愛,我在高一的寒假,便參加了台大化學營。這五天,除了學習科學新知和作了一些新奇的實驗外,最重要的收穫是獲得思維上的啟發。

  在中學的實驗課裡,學生往往是照表操作,步驟怎麼寫就怎麼作,既不了解其中的原因,也不在意實驗成果的好壞。比較進入情況的同學,大致能夠掌握實驗的基本概念,卻很少去深究每一個步驟背後的理由,以及思考改變步驟可能造成的影響,或是探討實驗失敗的原因。

  在台大化學營的實驗課中,卻讓我看到了不同於以往的教學方式。實驗開始之前,小隊輔先和我們介紹實驗的中心概念,之後便讓我們思考實驗大概的進行流程,接著讓我們看著步驟,說出每一個步驟的目的並「預測」可能會觀察到的現象。在完成實驗報告及環境整理後,小隊輔帶著全隊的人坐下來討論整個實驗過程中的問題和不尋常之處。最令我印象深刻的是,我們比較了不同成分製成暖暖包所能上升到的最大溫度,依據金屬被氧化的活性來看,鎂暖包的效果應該會大於鋅暖包,但是結果卻是使用鋅粉所能上升到的最大溫度較鎂粒為大!原因自然是兩相接觸的化學反應,接觸面積正比於反應速率所造成的,不過當時也讓才剛上高中的我們思考了半晌。另一個隊員在做「藍橘震盪反應」時,出現了白色乳狀的情況,也讓大家百思不解。最後根據其他反應物化性的討論,研究出可能是由於那位小隊員錯用自來水配溶液,使得鈣離子過多,和反應物之一的硫酸銅作用產生硫酸鈣,而硫酸鈣又是少數「溶解度隨溫度上升而下降」的鹽類,造成高溫下大量的白色沉澱物產生。這次營隊的實作實驗共有兩次,而每次我們幾乎都花兩個小時再釐清實驗內容並進行討論,這樣的研究精神對我日後三年的化學學習有著重大的影響。

  由於好奇心以及「無徵不信」的精神,日後當我在書上看到特別的化學反應,就會想要親自操作,並且秉持著在台大化學營所學到的精神:一定要試著去解釋現象。舉例來說,有一次我在實驗書上看到有關鐵離子的反應,其中一段提到「在酸性且沒有大量氯離子存在下,鐵離子可以呈現出透明無色」這樣有別於學校課本的有趣實驗(高中只強調鐵離子為黃褐色),當然要去親眼證實看看。於是我向化學老師借了硝酸鐵和稀硫酸,並將其混合,只看到黃褐色的溶液,於是我先把它擱在一旁,幾分鐘後回頭看,卻發現試管真的只剩下透明無色的溶液!於是根據我自己的了解,對這個現象作出解釋:「金屬離子在水中大多是以和水分子配位的形式存在,而酸鹼度可以影響配基的個數,造成不同的d軌域晶場分裂效果,因此可能呈現不同的顏色。」除了證明實驗書所言不假外,還有另一個收穫:這個反應是一個影響錯合狀態的反應,而實驗時並非一加入酸立刻變色,而是需要一段時間或劇烈震盪,這讓我親身體驗高中課本上「錯合反應的反應速率一般較酸檢中和、離子沉澱為慢」的概念,誠可謂一舉數得。

  又有一次我在生化書上看到:「糊精也可和碘分子形成錯合物,呈現出紅紫色。」於是我陷入苦思:碘可以直接用優碘代替,但是糊精要從哪來?經過再三思考,決定使用比較容易的路線:「以唾液澱粉酶催化澱粉水解」,於是我找出包裹用的澱粉粒,並配出大約攝氏三十七度的溫水(礙於資料及藥品不夠,不考慮使用buffer),接著用生物實驗課的方法取得澄清唾液,滴入燒杯中使其作用一陣子,然後加入澱粉粒,再緩慢攪拌一段時間,最後加入優碘,果真出現了淡淡的桃紅色,不過顏色並沒有維持太久,大約一小時後就褪去了,我想是酵素繼續水解糊精導致錯合物解體的緣故吧。

  總而言之,高一在台大化學時的所受到的實驗啟發,確實在我日後的學習生涯中扮演了極重要的角色。孔子說:「學而不思則罔,思而不學則殆」,其實化學中的理論和實驗,又何嘗不是如此相輔相成的呢?

 

 

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