化學溫習筆記：日常生活中重要的化合物
各位同學好！準備好深入學習一些非常實用又有趣的化學知識了嗎？在本章中，我們將會探討四種你在日常生活中肯定會使用或接觸到的神奇化合物：阿士匹靈、清潔劑、尼龍和聚酯。你們將會學到它們由甚麼構成、如何運作，以及為何如此重要。這聽起來可能內容很多，但我們會將它拆解成簡單易懂的部分。讓我們開始吧！
1. 阿士匹靈：奇效藥物
甚麼是阿士匹靈？
你可能聽過阿士匹靈。它是世界上最常用藥物之一，用於治療頭痛、身體疼痛和發燒。它的化學名稱是乙酰水楊酸。但別擔心，我們就叫它阿士匹靈吧！
阿士匹靈的結構
要了解阿士匹靈如何運作，我們首先需要看看它的分子結構。任何有機分子功能的關鍵都在於它的官能基。這些是特定的原子組，賦予分子其獨特的特性。
阿士匹靈有兩個非常重要的官能基：
- 羧基 (-COOH)：這個基團使阿士匹靈成為一種酸。它是一個碳原子與一個氧原子形成雙鍵，並與另一個氧原子形成單鍵，而那個氧原子再與一個氫原子鍵合。
- 酯基 (-COO-)：這個基團對阿士匹靈的藥用性質至關重要。它是一個碳原子與一個氧原子形成雙鍵，並與另一個屬於碳鏈一部分的氧原子形成單鍵。
這個分子還包含一個苯環，這是一個由六個碳原子組成的穩定環狀結構。
快速回顧：阿士匹靈的官能基
1. 羧基 (-COOH)
2. 酯基 (-COO-)
記憶小貼士：想想「阿士匹靈是ACEd！」(Aspirin is an ACid with an Ester) -> ACE
阿士匹靈的醫學應用
那麼，這些官能基賦予阿士匹靈甚麼功能呢？它就像你身體小毛病的「萬用工具」！
- 紓緩痛楚 (它是「止痛劑」)。
- 退燒 (它是「退熱劑」)。
- 消炎或消腫 (它是「消炎藥」)。
- 透過防止血液凝固來減低心臟病發作的風險 (低劑量時，它能稀釋血液)。
你知道嗎？
阿士匹靈的活性成分最初是在柳樹的樹皮中發現的！在科學家找出如何在實驗室中製造它之前，人們幾個世紀以來都會咀嚼柳樹皮來紓緩疼痛。
重點回顧：阿士匹靈
阿士匹靈（乙酰水楊酸）是一種常用藥物，它有兩個關鍵官能基：羧基和酯基。它廣泛用於紓緩疼痛、發燒和炎症。
2. 清潔劑：潔淨的科學
大問題：油水不相溶
你曾經嘗試只用水清洗油膩的碗碟嗎？效果不太好對不對？這是因為油脂具有「疏水性」，意思是它們會排斥水份。這就是清潔劑發揮作用的地方了。它們是特殊的分子，可以充當油和水之間的橋樑，讓我們的油污得以被洗去。
清潔劑分子的結構
每一種清潔劑分子，無論是肥皂還是無皂清潔劑，都有一種巧妙的兩部分結構。你可以把它想像成一隻蝌蚪。
- 疏水性尾部：這是一條長碳氫鏈（由碳和氫原子組成）。「疏水性」是指懼水。這個尾部討厭水，但喜愛油和油脂。它是抓住污垢的部分。
- 親水性頭部：這是分子中離子性或極性部分。「親水性」是指喜水。這個頭部會很愉快地溶解在水中。
清潔劑如何清潔 (清潔作用)
一開始覺得有點難也不用擔心，這是一個循序漸進的過程！
- 清潔劑被加到水中。清潔劑分子的疏水性尾部會想辦法離開水，所以它們會鑽入你衣服或碗碟上的油脂中。
- 親水性頭部則留在外面，愉快地待在水中。
- 稍微擦洗或在洗衣機中攪動一下，大塊的油脂就會被分解成更小的油滴。
- 清潔劑分子會完全包圍這些小油滴，形成一種稱為「膠束」的結構。尾部在膠束內部，與油脂在一起，而頭部則在外部面向水。
- 由於親水性頭部通常帶有負電荷，膠束會互相排斥，所以它們不會重新聚集在一起。它們會懸浮在水中，形成「乳濁液」。
- 當你沖洗時，水會把這些膠束（連同被困的油脂）帶走。你的碗碟現在就乾淨了！
肥皂與無皂清潔劑
清潔劑主要有兩種。它們都具有相同的「蝌蚪」結構，但它們的製造方式不同，並且在性能上存在一個關鍵差異。
肥皂
- 結構：長碳氫鏈和一個羧酸根頭部 (-COO⁻Na⁺)。
- 製造方式：源自天然來源，例如動物脂肪或植物油。
- 問題：肥皂在「硬水」（含有大量鈣離子和鎂離子的水）中效果不佳。它們會與這些離子反應，形成一種灰色、不溶性的固體，稱為「浮渣」。(例如，你在浴缸裡看到的那一圈污漬)。
無皂清潔劑 (合成清潔劑)
- 結構：碳氫鏈和一個不同的頭部，通常是磺酸鹽基團 (-SO₃⁻Na⁺)。
- 製造方式：它們是合成製造的，即從「石油」提煉的化學品人為製造。
- 優點：它們不會在硬水中形成浮渣，因此在所有水質中都能有效清潔。現今大部分洗衣液和洗碗液都是無皂清潔劑。
重點回顧：清潔劑
清潔劑透過兩部分分子進行清潔：一個疏水性（親油）尾部和一個親水性（親水）頭部。它們包圍油脂形成膠束，然後可被水沖走。肥皂源自天然脂肪，但在硬水中會形成浮渣，而無皂清潔劑源自石油，並能在所有水質中發揮作用。
3. 尼龍和聚酯：人造纖維
首先，快速回顧：聚合物
想像一下用萬字夾串成一條長鏈。整條鏈就是一個聚合物，而每個萬字夾就是一個單體。所以，聚合物就是由許多小單體分子連接在一起形成的非常長的分子。
縮合聚合作用
尼龍和聚酯是通過「縮合聚合作用」這個過程製造的。這是一種特殊類型的聚合作用，它有一個關鍵規則：
當兩個單體連接在一起時，一個小分子（通常是水）會被「失去」或「消除」。
比喻：想像兩個人手牽手組成一條鏈。每當兩個人連接起來，其中一人就必須丟掉一個小水瓶。這就是縮合聚合作用！
尼龍：堅韌絲滑的聚合物
尼龍是一種稱為「聚酰胺」的聚合物。
- 單體：它通常由兩種不同的單體製成：一種二羧酸（含有兩個 -COOH 基團的分子）和一種二胺（含有兩個 -NH₂ 基團的分子）。
- 連接鍵：一個單體的酸基與另一個單體的胺基反應，消除一個水分子並形成一個強固的「酰胺鍵 (-CONH-)」。
- 特性：尼龍長鏈通過強大的分子間作用力（氫鍵）結合在一起，使尼龍非常堅固、堅韌且富有彈性。
- 用途：繩索、地毯、衣物（如絲襪和外套）、降落傘和魚線。
- 形成方程式：二羧酸和二胺反應形成聚酰胺（尼龍）和水。
Example: HOOC-(R)-COOH + H₂N-(R')-NH₂ → [ -OC-(R)-CONH-(R')-NH- ]ₙ + 2n H₂O
聚酯：多功能聚合物
顧名思義，聚酯是含有許多「酯鍵」的聚合物。
- 單體：它們由一種二羧酸（類似尼龍）和一種二醇（含有兩個 -OH 基團的分子）製成。
- 連接鍵：一個單體的酸基與二醇的醇基 (-OH) 反應，消除一個水分子並形成一個「酯鍵 (-COO-)」。
- 特性：聚酯堅固、耐用，不易縮水和起皺。它們也乾得很快。
- 用途：衣物（常與棉混紡）、飲品瓶（你見過PET標誌！）、船帆和地毯。
- 形成方程式：二羧酸和二醇反應形成聚酯和水。
Example: HOOC-(R)-COOH + HO-(R')-OH → [ -OC-(R)-COO-(R')-O- ]ₙ + 2n H₂O
常見錯誤，避免犯錯！
不要混淆縮合聚合作用和加成聚合作用。在加成聚合作用（例如製造聚乙烯）中，單體只是簡單地互相加成，並沒有小分子「失去」。在縮合聚合作用中，小分子（例如水）則「總是會失去」。
重點回顧：尼龍和聚酯
尼龍和聚酯是透過「縮合聚合作用」製造而成的有用纖維，當單體連接時，會消除一個小水分子。
- 尼龍是一種聚酰胺，由二羧酸和二胺形成，產生「酰胺鍵」。
- 聚酯由二羧酸和二醇形成，產生「酯鍵」。