作者:陳瑋駿
出版社:商周出版
負離子:基本上就是陰離子,也就是多帶電子的原子。
正離子:基本上就是陽離子,失去電子的原子。
負離子跟正離子這兩個都不是科學上使用的名詞,而是商人創造出來的行銷用詞。
「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舒暢?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?)!」
負離子產生器:「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!」
為什麼吹風機要搭載負離子產生器?
「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。」
「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。」
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「這種只能容許部分分子通過,不是完全隔絕的機制,科學語彙上稱之為『半透膜』。但正是因為這種特殊的半透膜機制,讓我們發現一個很特殊的現象:當不同濃度的水溶液被半透膜分隔開時,水分居然會從低濃度向高濃度方向移動,直到一定的程度後,才會停止。」📝細胞膜就具有半透膜機制。
「但我們可以在高濃度的一端加壓,當壓力足夠大的時候,水分還能逆流回到低濃度的那端。仔細一想,加壓後回流的水由於經過半透膜的『把關』,較大型的分子、粒子都無法穿過,水質是不是應該相當純淨呢?」
「答案是肯定的,而且,依據這種特性製造的商品,在大賣場或百貨公司中都能見到,那就是生活中常見的濾水裝置:RO逆滲透淨水機。」
「逆滲透系統的基本構造就是一組半透膜(當然,不是用豬腸衣做的)以及加壓馬達。馬達發動時,產生壓力,把原水推過半透膜過濾,於是就得到了乾淨的水了。好的逆滲透濾水機過濾得很仔細,把水中的雜質,甚至農藥、病菌等等都過濾掉了,得到相當乾淨的水質。」「然而,儘管逆滲透系統能提供相當潔淨的水質,但它也有一個非常大的缺點:排放廢水。」
就像空氣清淨器利用濾網過濾空氣中的髒汙,而髒污就會堆積在濾網上,「同理,當原水在高濃度的那端通過半透膜過濾時,由於允許通過的粒子種類很少,許許多多的雜質便會卡在高濃度的那端過不去,而且正因為水分被不斷流往低濃度那側,高濃度的原水只有越來越濃的趨勢(你也可以說越來越髒)。所以經過半透膜過濾完之後留下的雜質,除了得連同廢水排掉外,還必須使用大量清水清洗半透膜,才不至於影響水質,雖然各個淨水機的規格不大一致,不過每產出1公升的飲用水,就必須大約耗費3公升的廢水。」
「為了延長半透膜的壽命,一般的逆滲透系統中還會搭配大孔徑的濾網及活性碳等裝置來吸附、過濾體積較大的雜質,以降低半透膜的負擔。」
有些海水淡化廠也是利用逆滲透系統,「當清水從海水裡頭單離出來之後,海水的鹽分濃度只會越來越高,這樣子高濃度的鹽水,我們又稱作『鹵水』。」「為了避免直接排放鹵水對環境造成重大的影響,濾水廠必須事先做良好的鹵水處理程序。以澎湖近期新建的海水淡化廠為例,在排放之前,會先抽取出海水預先稀釋鹵水,讓排放出去的鹵水鹽度與海水接近,對於生態的影響也能減至最低。」
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「當溶液裡面的氫離子數目比較多的時候,我們就稱之為酸性,反之,氫氧根離子比較多的時候則是鹼性,至於雙方人數一樣多的時候,地盤不為任何一方所有,化學上我們稱作中性。」
「離子不一定只由1種元素所構成,也可以由好幾個元素一起『組團』。『根』這個字,就是『組團』的概念,代表構成離子的成員不只1種。以氫氧根離子為例,團員就是一個氫一個氧,而且為了形成氫氧根離子,氧原子會從別人的原子身上抓走1個電子,此時氫與氧的電子數總和比起質子還要多1個,才會被分類為『離子』。」
如果用酸鹼指示劑檢測檸檬,「會發現檸檬根本就是個酸性食品」,但為什麼在營養學中,檸檬被歸在「鹼性」陣營?
「原因是因為,營養學探討一項食物的酸鹼並不單純看食物本身的酸鹼性,而是希望可以知道在人體消化吸收之後所代謝的物質究竟是酸性還是鹼性,因此在早期——甚至是網路上講述有關酸性體質的文章常常會提到透過『燃燒』來模擬人體消化的過程,食物燒成灰後,會再將灰粉溶進水裡去判定酸鹼性。」
「蔬菜水果因為富含金屬離子,在高溫燒成灰後的產物,投入水中,水溶液會變成鹼性。」「而肉類含有大量硫、氮這一類非金屬的元素,燃燒過後留下來的物質則讓水溶液呈現酸性。」
「蔬菜水果多吃的人,其尿液會比吃肉的人們來的鹼一點」,而檸檬當然屬於蔬菜水果,於是就被歸為鹼性了。但這不會影響血液的酸鹼值,而且人體各器官的酸鹼性並不相同,像皮膚是弱酸性、血液是弱鹼性等等,所以沒有所謂的「酸性體質」或「鹼性體質」。
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「氧化其實就是指電子從原子流出的過程(你可以發現其實氧化不一定要氧氣來參與);而另一個詞『還原』就是指電子流入原子的過程。」「因此氧化與還原反應必定同時發生。」
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暖暖包原理:「生鏽的過程會放出熱量,只是平常鐵器生鏽的速度實在太緩慢,讓人難以察覺。為了加快反應的速度,人們將鐵塊碎成鐵粉,就像是砂糖溶解的速度比冰糖更快的道理一樣。粉末狀可以增加鐵與氧氣、水氣接觸的面積,反應會更快速。」
「除此之外,還可以在鐵粉加入一點鹽巴,要是我們說原本氧氣奪取鐵身上電子的速度有如撥接一樣,鹽巴的介入則像是直接升級成光纖網路,能夠快速地幫助鐵將身上的電子傳遞給氧氣。」
「於是在這兩種方式的幫助下,鐵粉迅速氧化,放出的熱量就變成你冬天暖手的好夥伴」。
脫氧劑也是類似的原理,「人們利用鐵粉比油脂還快氧化的特性,保護食物不受氧氣侵害」。「將脫氧劑在手上把玩個幾分鐘,你會發現脫氧劑竟然也會逐漸發熱。」
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「碘酒外觀是相當暗沉的紅棕色,但如果我們把足量的維他命C丟進去攬一攬,就會發現碘酒的顏色越來越淡、越來越淡,從一開始的紅棕色,最後淡化到透明無色的程度,給人很大的視覺震撼。」
「碘本身就是一種弱氧化劑,它的行為與氧一樣,能夠搶奪別人的電子,而維他命C在這邊則扮演抗氧化劑的角色,將電子塞給碘。碘在得到電子之後就不再是碘了,會變成無色的碘離子,這也是為什麼碘在碰到維他命C後,無色會轉為透明無色的原因。」
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「電子分配不均等的情形,便是『極性』的起源,在化學裡,如果電子被分配得越不平均,我們會說極性越大。」
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【酒精與水的特殊性關係】
「酒精與水能夠『破格地』以任意比例均勻混合而不會發生分層。為什麼是『破格』呢?這是因為絕大多數的物質溶於水中時,都會有個溶解上限而無法無限制地一直溶解,這個上限我們一般稱作『溶解度』。」「舉例來說,準備一小杯水,在裡頭撒點鹽巴攪拌一下,心中默數到10就可以完全溶解,甚至不用做實驗你也覺得合情合理。然而如果是一整包倒下去,等到下禮拜、下個月、甚至到永遠,你都等不到完全溶解的一天(而且水還會先蒸發掉)。因此我們才會說,酒精與水是少數可以任意比例混合的特例。」
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「科學上對密度的定義是『每單位體積的質量』,如果不好理解,我們以小紙盒的例子來說,同樣的一個小紙盒,在裝填沙子前後的體積雖然相同,但倒入沙子之後,盒內的空氣被沙子取代,整體也因此變重,盒內的空間彷彿也變『密』了許多。可想而知,密度越大的物質越往下沉。所以『油比水輕』我們應該改成:『因為油的密度比水還要小,油才會浮在水上。』」
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「當外在壓力越大時,大多數的物質熔點會提高,這也意味著會更難熔化;然而水與眾不同的地方在於:當外在壓力越高時,熔點反而會降低,這表示冰塊受到擠壓的時候,會更容易熔化為水!」
【復冰現象】
「我們用手將吸管口壓在冰塊上面,一開始力量別太大,慢慢增加力量就好,到最大力的時候稍微『ㄍㄧㄥ』一下,接著再慢慢將力量變小,將吸管拿起來。」
「當我們用吸管抵在冰塊上施加壓力時,吸管所壓住的冰塊區域熔點降低,進而融化成水,讓吸管稍微深入冰塊裡面。就在這時我們逐漸將力量變小,冰塊上的壓力消失,熔點上升,原先融化的水又變回冰塊,於是結冰的部位將吸管包覆起來,看起來就像冰塊『黏』在吸管口囉!」
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「雖然說理論上液體在到達沸點時,會迅速且劇烈地轉變為氣體,但事實上在溫度到達沸點以前,液體就已經在偷偷地氣化(稱之為『蒸發』)。而且氣化的速率會隨著溫度的增加而增加(難怪吹頭髮要用熱風)」。
「只要是液體,在溫度到達沸點前,都會透過蒸發的模式緩慢變成氣體,差異只在於蒸發的速度快或慢而已。」
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「我們總覺得開水煮沸時所噴出的白煙,就是水蒸氣,其實是錯的!」
「要是肉眼能夠察覺到水蒸氣的存在,那麼我們周遭的空氣就會出現朦朦朧朧的現象,因為水蒸氣是無所不在的。那熱水上蒸騰的白煙到底是什麼東西呢?答案是液態的小水滴。由於室內的溫度比水蒸氣低,攝氏100度的水蒸氣蒸騰上來的同時,遇冷會凝結成水。因為它們是體積非常非常小的水滴,只能順著熱氣往上飛而逐漸消散。但如果想要捕捉它們也並不難,只要看看鍋蓋內壁,就會發現有很多水蒸氣冷凝成的小水珠。」