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《打造化學力》就能讓你讀懂化學的趣味,讀出好成績!

第255期 2009/08/22

本期摘要

 
熱門專題:

不懂科學會倒大楣

好書推薦:

《台灣水生與濕地植物生態大圖鑑》

科文書摘

8:30/禍從天降

科文新聞 3D影像的視覺旅程
  氧化銦表面的磁性
 

別再老怪自己走霉運了,讀完不懂科學會倒大楣,你會慶幸還好自己不是那個倒楣鬼,更幸運的是,你已經知道怎樣才能不變成倒楣鬼!
有的時候,人就是會這麼倒楣……一覺醒來,發現自己竟然睡過頭;急忙去浴室洗個澡,又不小心滑一跤;開著愛車趕上班,竟然錯把柴油當汽油;無奈的去搭公車,好不容易搶到的座位上,竟有塊口香糖把你的頭髮、衣服黏得一團糟……
誰說你只能埋怨:為什麼每件事都要跟我作對?
其實驅除霉運的妙方,都在這本有趣的科學書裡——從你該知道的口香糖化學、開車的人一定要懂的加錯油急救法,到你為什麼老是會睡過頭、忘東忘西、容易迷路、不小心摔跤,還有電腦為什麼中毒、硬碟怎麼會故障……只要能從科學的角度瞭解這些東西、瞭解你的身體,你就會知道該怎麼做,才能讓諸事平安又順利!

《不懂科學會倒大楣》
進來看看這本書 是倒楣還是怎樣?鳥糞滴到你的身上、三秒膠黏住你的手指、圖釘刺破你的氣墊鞋、紅酒還灑在你昂貴的地毯上……難道是自己蠢嗎?把ipod丟進洗衣機、公事包忘記帶出門、開E-mail讓電腦中毒、微波食物弄到房子失火,就連玩個瓶子都會把手指卡在裡頭……這些倒楣的時候,生氣、著急、怨天尤人都沒有用,還是多懂一點科學,保證幫你消氣、消災又解惑!
 
……《進來看看這本書》

台灣水生與濕地植物生態大圖鑑
進來看看這本書 台灣水生與濕地植物資源豐富,但原生環境已面臨嚴苛的考驗,作者鑽研水生植物多年,以最大的熱情和強烈的使命感,蒐羅了台灣五百餘種水生與濕地植物,堪稱是最完整的生態大圖鑑。……《進來看看這本書》

 8:30/禍從天降

我走出家裡,猛力關上大門。我得開十幾公里遠的路才能到公司,顯然時間不太夠了。我按下遙控器,解開車門鎖,心裡有些擔心它有時候會作怪。車門鎖發出很清楚的彈開聲,車燈也一如往常的閃了閃。這是一輛新車,車身的黑色烤漆亮晶晶的。我每星期都洗車,而且還特地選了個停車格,就在一棵可愛的老樹下,可以為它遮蔽日曬雨淋。

就在我打開車門的時候,好像有什麼東西滴到我的外套上,同時聽到啪答啪答的聲音從車頂上傳來。下雨了嗎?我抬頭看見天空依舊清朗。我把外套上的東西拂掉,鑽進駕駛座,同時把公事包放在旁邊的座位上,關上車門。

把方向盤扶正之後,我插入車鑰匙,準備發動引擎……卻又停了下來。我的手上、引擎蓋上都是白白的東西,而我的外套從肩膀開始,有條很明顯的白色細痕,沿著我的袖子流下來,甚至掉到布製的椅面上。我看見自己的車子,到處都是鳥糞!

* * * * * * *

如果非要有什麼生物的排洩物落在你身上,那麼鳥糞或許還是比較可以接受的。鳥糞沒什麼味道,可以很清楚的加以分辨,而且通常體積不大。想想看如果從天空掉下來的是狗大便的話,會是什麼情況?還好豬不會飛……

鳥糞能有什麼用處?和日常生活裡會碰上的麻煩相比,它算是小角色的了。事實上鳥糞是很有價值的東西,只是多數人並不知道,鳥糞的商機可以高達數十億美元,甚至還供不應求。有些國家可以為了爭奪鳥糞而發生戰爭;很顯然的,這一小團白糊糊的東西裡,有一些極有用的物質。

鳥兒不是故意的啦!

鳥兒與有袋類和蜥蜴一樣,大、小便是經由同一個開口(許多動物則是分開的);這個結合在一起的通道,稱為泄殖腔。因此,鳥糞總是鬆軟、多水的。鳥糞含有三種主要成分:尿液、尿酸鹽以及糞便。在鳥糞邊緣的那一圈液體就是尿,它應該是清澈透明的;如果帶有綠色,那麼鳥兒的肝臟可能有問題;如果尿液帶紅色,表示這隻鳥可能吃了大量的紅色水果,或者是鉛中毒。

在鳥糞裡的白色糊糊的東西就是尿酸鹽。這是很有用的一種演化上的適應,讓鳥兒在乾旱的環境裡,不必消耗太多水份,就能持續排出體內的廢物。如果尿酸鹽是白色的,表示鳥兒處於緊張的狀態;如果是黃色的,鳥兒可能處於營養不良或挨餓的情況。鳥兒沒有膀胱,因此產生的尿酸鹽比尿液還多;這也是一項演化上的選擇,使鳥兒的體重更輕、更容易飛翔。在尿酸鹽中央的深色部分,才是鳥大便,它們的顏色主要和鳥兒先前所吃的東西有關係。

在鳥糞裡大家感興趣的東西是尿酸鹽,它含有氨、尿酸、磷酸、草酸與碳酸鹽。從大量的鳥糞裡,可以提煉出磷、氮以及硝酸鉀,而這些是肥料和火藥的主要成分。這些物質是植物的主要營養素,也是植物生長所需要的原始材料。植物的細胞膜是由磷脂構成的(它來自於磷元素),植物體內化學能的供應也需要用到磷。而用來合成蛋白質的胺基酸則需要氮。火藥粉末(黑火藥)中,由於硝酸鉀受熱會釋放出大量氧氣,使周圍的物質迅速燃燒,因而產生爆炸。

要種花或者要做出一次爆炸,都需要很多鳥糞。幸運的是,鳥兒經常在排泄一隻像長尾鸚鵡那樣大小的鳥兒,每30分鐘就要排便一次;大型鳥兒如喜鵲,則大約每小時排泄一次。鳥兒整天大小便實在是不得已的。牠們的小腸很有效率,又沒有膀胱,食物的殘渣非得盡快排出去不可,牠們只好每隔10到45分鐘就排泄一次。不會飛的鳥則由於不必急著減輕體重,因此有較充裕的時間,可以花上好幾個小時慢慢消化。鳥兒因為有持續排泄的需要,只好隨地大小便了。如果只能在特定的地點方便,那鳥兒恐怕哪裡都去不了,什麼事都不能做了。

有些地方沒有鳥糞比較好

在某方面有價值的事情,從另一方面來看則可能是個麻煩。因為鳥糞略帶酸性,讓鳥糞留在亮晶晶的車體上一會兒,就算你把它擦乾淨了,還是會留下一個印記。因為鳥糞裡的酸性物質會腐蝕掉部分烤漆,造成表面輕微的凹陷。這是一種化學反應的結果--鳥糞裡某些物質的分子和水與汽車表面的烤漆發生作用,造成分子內部化學鍵的斷裂,釋出氫離子及電子,於是形成了新的物質。

由於我們常會將車體的表面保養得光可鑑人,因此,烤漆上的酸蝕痕跡通常是顯而易見的。如果不幸碰上這種事情,最好的辦法就是用些輕型的研磨劑,把腐蝕的痕跡拋光,使漆面恢復原先的光澤。當然,這個方法會磨掉一小部分的烤漆。

要避免鳥糞損傷車體,最好是先在車上打一層蠟在鳥糞與烤漆之間有一層蠟隔開,不但可以防止酸性物質接觸到烤漆,要清除鳥糞也比較容易。不過,在擦拭車子上的鳥糞時要特別小心。因為鳥兒嘴裡沒有牙齒,所以常會吃些小砂礫到胃裡去幫助消化,好將食物磨碎。因此,鳥糞裡常有小砂礫出現--如果你隨意的用乾布去擦它,可能就會在車上留下砂子的刮痕了……
* 摘錄自本書〈08:30 禍從天降〉 *
.....詳全文
{本文摘自不懂科學會倒大楣

3D影像的視覺旅程

科學新聞由SciScape提供

神經科學家發現與處理平面視覺運動訊息有關的腦區,也負責處理三維空間立體的移動訊息。

如果你曾在電影院或天文館欣賞過 IMAX 電影,一定很難忘記立體影像效果所帶來的視覺震撼。這些外在的視知覺特徵,從平面影像的顏色、深度、形狀與移動,大腦枕葉許多特定的視覺區域都參與了訊息的分析與整合。當代的神經科學家雖然已經描繪出不同的視覺特徵所對應的大腦處理區域,然而,對於人腦如何知覺到三維空間中物體的移動訊息(3D motion perception),卻仍然未知。

德州大學奧斯汀分校的神經科學家設計了幾個精巧的實驗,利用功能性磁振造影,他們發現處理三維空間物體移動訊息的腦區,其實與處理平面視覺的移動訊息、稱為中顳區(middle temporal area, 即MT complex, 簡稱MT+)的部位高度重疊。

知覺三維空間中物體的移動訊息,主要來自雙眼視網膜上的訊息整合。在第一個實驗中,Huk的研究小組首先量測不同視覺處理腦區在單眼(monocular)和雙眼分視(dichoptic)時對於水平與垂直方向的光點移動所改變的血氧濃度增加程度(blood oxygen level dependent, BOLD),結果只有MT+ 對於雙眼視覺有顯著的訊號改變。在接下來的實驗分別比較了改變雙眼視覺中兩個已知的影響特徵:運動物體的位移視角(disparity)[註一]和移動速度。結果MT+區域的血氧濃度對這兩項特徵都有顯著改變。而視覺區域V3 和側邊枕區(lateral occipital areas)雖然也有神經元活動,但是前者只對位移視角、後者只對移動速度的變化敏感。至於初級視覺區V1則完全和三維空間中物體的移動訊息處理無關,顯示三維空間運動是視覺物理特徵整合後的知覺產物。這項研究成果,發表在最新一期的「自然神經科學」期刊。

下一回,無論是騎著單車在河濱野外奔馳,或是親自到棒球打擊場體驗140公里球速朝你而來的揮棒快感,都別忘了做好頭部的安全防護,才能享受三維空間物體移動訊息所帶來的生活樂趣。

[註一]試著輪流閉上左、右兩眼,便可以知覺到兩眼視網膜所接受到的空間訊息有些許位置上的差異。

原始論文Rokers B, Cormack LK, Huk AC. (2009). Disparity- and velocity-based signals for three-dimensional motion perception in human MT+. Nat Neurosci. 12(8):1050-1055.

參考來源:ScienceDaily: Brain's Center For Perceiving 3-D Motion Is Identified

氧化銦表面的磁性

氧化銦是導電玻璃ITO的主要成分,被廣泛地應用在液晶螢幕等光電科技領域。傳統上,純的氧化銦被認為是不具有鐵磁性的,然而新加坡南洋理工大學的研究團隊利用理論計算,發現氧化銦在(001)方向的表面可以存在穩定的鐵磁性。

之前的實驗中,科學家已經發現到:在真空環境下經過退火處理,氧化銦的奈米結構可能存在磁性 [1] [2] 。由於實驗過程並沒有對氧化銦摻雜外加的磁性成分,這些科學家猜測:氧化銦磁性的起源可能跟材料內的氧缺陷有關。然而這項猜測一直缺乏理論上的佐證。最近新加坡南洋理工大學的研究團隊,對氧化銦的磁性起源提出另一種模型:其磁性可能直接來自氧化銦的表面態自發磁化!

研究團隊利用第一性原理密度泛函理論,計算在氧化銦在 (001) 缺氧表面的電子結構。他們發現:當這個缺氧表面還出現部分銦缺陷時,剛好表面態會出現電子半填滿的狀態,進而引發自發磁化。而表面態中,電子彼此之間的交換耦合作用,進而使自發磁化的磁矩鎖定在鐵磁態,從而使表面態出現相當穩定的鐵磁性。

往常對於金屬氧化物的磁性研究,主要都針對在材料內部的磁性性質。這篇研究提醒我們:有時候答案會出現在意料之外的地方!

參考來源:Journal of Physics: Condensed Matter: First-principles study of the magnetization of oxygen-depleted In2O3(001) surfaces

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