第三章 化 學 與 知 識.

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1 第三章 化 學 與 知 識

2 本章大綱 3.1 物質三種狀態 3.2 水與溶液 3.3 反應速率與化學平衡 3.4 酸與鹼 3.5 氧化與還原 3.6 化學鍵結理論
3.7 化學反應之哲學觀

3 3.1 物質三種狀態

4 物質三態

5 大氣組成

6 乾燥空氣組成

7 氣體壓力

8 波義爾定律 1661 年，英國化學家波義耳(R. Boyle, 1627-1691)發現，在定溫時，定量氣體體積(V)和壓力(P)成反比。
此稱為波義耳定律，以數學式表示為 P1V1=P2V2=P3V3=……=C (常數)(氣體量與溫度固定) 此即當體積減半時，壓力將加大一倍。

9 查理定律 法國查理(J. A. C. Charles, )經由實驗歸納結果：定量氣體，在定壓時，其體積(V)和絕對溫度(T)成正比。此稱為查理定律，以數學式表示為

10 絕對溫度 克耳文(W. T. Kelvin, )提出以 ℃為基準溫度，稱為絕對溫度(T)，以K 表示之，亦稱為克耳文溫度，日後為計算方便只取整數部分，記為 T(K) = t(°C) 例如水凝固點是 0℃，即等於 273K，沸點為 373K。

11 理想氣體與其方程式 將波義耳定律和查理定律合併有關氣體的壓力-體積-溫度間的關係，即為波義耳-查理定律，得下列式：
再綜合前節述及亞佛加特羅定律：同溫、同壓下，同體積的任何氣體含相同的分子數(n)，以數學式表示為 V µ n 或 V/n = C (常數)

12 波義耳-查理-亞佛加特羅定律 合併波義耳-查理-亞佛加特羅定律得一簡單的數學關係式： V µ T．n/P 即一定量氣體，體積和壓力成反比，而和絕對溫度及莫耳數成正比。若寫成等式，置入一比例常數 R，則記為

13 氣體方程式之計算 上式稱為氣體狀態方程式。當假設氣體分子為一質點，本身體積為零，且分子間無作用力存在，此即所謂的理想氣體，以此假設導出之方程式稱為理想氣體方程式。 我們利用一莫耳氣體，在 STP 下，V = 22.4L，T = 273K，P = 1atm，可導出理想氣體方程式中之 R 常數為

14 氣體方程式之應用

15 道爾頓分壓定律 道爾頓(J. Dalton, )首先發現，稱為道爾頓分壓定律：在定溫、定容積時，混合氣體之總壓力(PT)等於各成分氣體分壓 Pi 之和，以式子表示為

16 液體的性質 黏度 黏度(Viscosity)是指液體呈現抵抗流動的性質，它的相反便是流動性。黏度愈大則液 體流動愈慢。黏度的大小受分子間引力、大小、形狀及本性所影響。一般而言，分子間引力愈大，則黏度愈大；分子量愈大，形狀愈不規則者，其黏度愈大。

17 表面張力 液體內部之分子受四面八方分子的吸引力，但是液體表面之分子僅受到液體內部之力，致使分子向內推擠，於是液體表面分子有一種趨於最小表面積的傾向，如球形水滴即為一例。因此增大液體之表面積所需之最低能量即稱為表面張力(Surface tension)，表面張力是由於液體表面分子受到不均衡力之影響所致，使得液體表面有類似薄膜之性質。

18 黏著力與附著力 維持一液體的所有分子間之吸引力稱為黏著力(Cohesive forces)，此黏著力形態以及分子大小、形狀、當時之溫度決定液體流動難易。液體的黏性(Viscosity)是流動阻力的測量。 液體中分子藉著黏著力，使各方向有相等的吸引力。在液體表面上的分子間，吸引力方向只往液體中，而沒有往液體表面上方的方向，此不平衡吸引力，使得表面上的分子回到液體中只有少數的分子可能留在表面上，表面區域降到最低。當一空間中，表面體積比 到最低時，此時會在表面形成一圓形狀。

19 表面張力 表面張力是一種使液體表面收縮之力，液體表面像是伸張的薄膜，一小鋼針置於水面上將會浮起來。一些昆蟲，雖然密度比水大，可是有表面張力的支撐，可在表面上移動。 介於液體及表面間有另一種附著力(Adhesive forces)，像是水在有蠟及聚乙烯的表面上，不會沾濕。這是因為此附著力較弱之緣故，也就是水分子間黏著力比水和塑膠間的附著力還 要大。

20 毛細現象 當水置於玻璃管中，水面成凹形(Concave)，這是因為水管經玻璃面而爬滿玻璃試管邊。
另一方面，汞置於玻璃試管中則成凸形(Convex)，這是因為汞不會弄濕玻璃試管邊，即汞本身的黏著力使汞成滴狀。

21 固體的性質 固體(Solid)分為晶形(Crystalline)與非晶形(Amorphous)兩種。
所謂晶形，就是排列規則；而非晶形，就是排列不規則。對晶形的晶體而言，可再分為單晶(Single crystal)、多晶(Polycrystal)，及部分晶形(Partial crystal)。 所謂單晶，就是結晶軸方向排列一致；而多晶是指結晶軸方向多種，也可看成幾個單晶混合；至於部分晶形是指高分子之聚合體較會形成。

22 固體物質性質 固體物質最顯著之性質，即不因外力影響其形狀，此種性質乃固體之剛度(Rigidity)。物質抵抗外力，不因摩擦而留痕跡，此種性質為固體之硬度(Hardness)。礦物學上對於物質硬度，常用十種物質定為標準硬度標(Scale of hardness)，如表 4.1。

23 標準硬度指標

24 固體之其他性質 固體之其他性質如抗粒強度(Tensile strength)，即其最大張力；及抗壓強度(Crushing strength)，即抵抗壓力至破碎之程度。 凡物體受外力作用而改變其形狀或體積，外力除去後仍能恢復其原狀之性質，稱為固體彈性(Elasticity)。又剛性、伸長性及強度三種性質之結合，為固體物質之韌性(Toughness)。 此外，施用壓力而得永久變形之性質，稱為可塑性(Plasticity)。延長物質成細線之性質，稱為延性(Ductility)。物質可被錘擊成極薄層之性質， 稱為展性(Malleability)。

25 晶體的類型特性

26 水的相圖

27 3.2 水與溶液 水的存在與性質 液態的水約佔地球表面的四分之三，主要以海洋、湖泊和河川等方式呈現，固態的冰 廣布於南極及北極；氣態之水蒸氣則大量存於大氣中。生物體內細胞也以水為溶劑(Solvent)，因而動植物體內都含有大量的水。 純水是無色、無臭及無味的液體。在一大氣壓時，水的沸點為 100℃，凝固點為 0℃，若加大壓力，則水的沸點會升高。由於利用沸點上升，容易煮熟及煮爛食物的原因，特稱此為壓力鍋(俗稱快鍋)。

28 水的特性(1) 用來提煉或蒸乾高溫下易破壞或分解的液體物質之技術，叫真空乾燥(Vacuum drying)，此種技術常利用抽氣機將液面抽成半真空低壓狀態，以便使高溫下易破壞或分解的液體物質，能在較低的溫度下開始沸騰，迅速汽化，進行低壓蒸發。 水的汽化熱為 540 卡/克(2259 焦耳/克)，熔化熱為 79.9 卡/克(334 焦耳/克)，水的比熱為 1 卡/克℃，大於一般物質，因此在白天時水可吸收大量太陽輻射能，夜間再散放回大氣中，使得地球表面的晝夜溫差變化不致過大，適於生物的生存。

29 水的特性(2) 水的密度甚特殊，其在冷卻時，體積逐漸縮小，冷卻至 4℃時體積最小，也就是密度最大，若再降低溫度，體積反呈膨脹而密度減少，直至0℃結冰時，其體積突然膨脹約 10%，因此水的密度大於冰(0℃時水之比重為0.9982，冰為0.9170)。

30 水的特性(3) 水是一種弱電解質，其解離所得氫離子 [H+] 及氫氧根離子 [OH-] 的濃度很低，此等離子是來自水的解離作用：
其解離平衡常數 K 可寫成下式： 水的莫耳濃度約為 55.5M(莫耳/升)，可視為一定值，所以一般均以離子常數 KW 表示水的解離程度，K W=K[H2O] =[H+][OH-] = 1.0×10-14。

31 溶液的性質 純物質是一種純的物質，有一定的組成及一定性質，而溶液是由兩種以上的純物質所組成的均勻、單相的混合物，混合物中的任一部分都含有相同的化學成分與性質，不過溶液中各成分物質的比例是可以任意改變的。 不管是含有溶解後的原子、分子、離子的元素、化合物或聚合物，其形成的所有溶液都有一些相似的性質：1.原子、分子或離子都是其成分的一部分；2.均勻性；3.沒有沈澱 物；及 4.在一定範圍內組成可連續的改變。

32 溶液的類型 溶液中組成之物質稱為成分(Components)，其含量較多之成分稱為溶劑(Solvent)，而較少的另一成分稱為溶質(Solute)。

33 溶液的濃度表示 一、重量百分率濃度（符號為％wt） 溶液每 100 克中所含溶質的克數。

34 莫耳濃度 二、體積莫耳濃度(莫耳濃度)(體積克分子濃度)(符號：M) 為每 1 升溶液中所含溶質之莫耳數稱之。

35 莫耳濃度之計算

36 重量莫耳濃度 三、重量莫耳濃度（符號：m） 為每 1,000 克溶劑中所含溶質的莫耳數稱之。

37 莫耳分率 四、莫耳分率（符號為無名數） 溶質的莫耳數和溶液中所有成分總莫耳數之比值。如4% wt NaOH溶液中，若溶液有100克，則NaOH有0.1 mol，而H2O有5.33 mol，NaOH的莫耳分率為0.0184。

38 體積百分率濃度 五、體積百分率濃度（符號為％vol） 每 100 毫升溶液中所含溶質的毫升數，常見於酒類標示。如酒精度 50%vol， 表示 100 毫升的酒溶液中，含酒精 50 毫升，及水 50 毫升。

39 百萬分數(ppm) 六、百萬分數（符號ppm，即Parts per million） 每百萬份溶液中所含溶質之份數稱之 (1 mg/L) 。如空氣中二氧化碳含量 20 ppm；水中含 Ca2+ 10 ppm 。

40 十億分數(ppb) 七、十億分數（符號ppb，即Parts per billion） 十億份溶液中所含溶質之份數稱之(1μg/L)。例如水中之Hg含量2 ppb，此表示1升水中含有Hg 2微克。

41 溶液的依數性質 溶液之蒸氣壓降低、沸點上升、凝固點下降和滲透壓之產生四種性質與溶質和溶劑之相對量有關，稱為溶液之依數性質(Colligative properties of solution)。

42 一、蒸氣壓下降 溶劑之蒸氣壓與溶劑之 莫耳分率成正比，其比例常數為純溶劑之蒸氣壓( P1o )。
上式中， P1 代表成分 1(溶劑)在溶液中之實際蒸氣壓； P1o 為純溶劑(成分 1)之蒸氣壓； X1 為溶液中成分 1(溶劑)之莫耳分數； n1、n2 分別為成分 1 和成分2 (溶質)在溶液中之莫耳數。凡溶液其蒸氣壓與濃度關係能遵循上式者，稱為理想溶液(The ideal solution)，該關係稱為勞特定律(Raoult's Law)。

43 溶液之蒸汽壓

44 溶劑蒸氣壓降低 以P 為溶劑蒸氣壓降低之量，亦即純溶劑蒸氣壓與溶液中溶劑之蒸氣壓之差值。則ΔP = P1o- P1，因 X1 + X2 = 1 ，所以 ΔP = P1o- P1 = (1 – X1)P1o = X2P1o

45 二、沸點上升與凝固點下降

46 三、滲透壓

47 滲透壓 1885 年范特霍夫(J. H. Van‘t Hoff, )提出滲透壓的大小(π )與溶質的莫耳數(n)和絕對溫度(T)成正比，與溶液的體積 V 成反比，而 與溶質和溶劑的種類無關。此種關係與理想氣體的方程式 PV = nRT 很相似，可以下式表示： 其中 CM 是莫耳濃度，R 為理想氣體常數，因此，可由溶液的滲透壓、溶液的體積、溶質的質量(W)、溶液的溫度，求得溶質的分子量(M)。

48 滲透壓之計算

49 滲透壓之分子量計算 在此，CM 係指莫耳濃度，R 是理想氣體常數；若我們已知溶質的克數(W)，我們便可利用滲透壓的大小，求出溶質的分子量(M)：

50 細胞之滲透壓

51 3.3 反應速率與化學平衡 反應速率對生成物是單位時間內的產生量，而對反應物則是單位時間內的消耗量。化學平衡則是指當一可逆反應若發生正反應的速率與逆反應速率相等時，稱此化學反應在該溫度下已達到平衡。

52 化學反應速率

53 化學反應速率變化

54 反應速率之斜率

55 速率定律的表示 由實驗顯示，在均勻反應(Homogeneous reaction)中，反應速率和反應物濃度某次方成正比。所謂均勻反應是指物質在同一個相中進行的反應，通常是氣態或液態。 若考慮一氣態反應， A + B → C ，其速率定律的表示(The Rate-law expression)如下： R = k[A]m [B]n (m, n 表示反應之級數) 上式中之 k 為速率常數，一般隨溫度及碰撞頻率而變，可用阿倫尼亞斯(Arrhenius)方程式， k = Ae -Ea/RT 決定之。其中 A 特稱為碰撞頻率因子(Collision frequency factor)。

56 化學反應之初速率方法

57 化學反應速率定律 很明顯的，氫或一氧化氮的濃度(或分壓)增加時，生成物產生的速率亦增加，但在溫度一定時，速率常數是不變的。習慣上，反應可根據速率表示法中反應物濃度的指數加以分類。以反應 為例，其速率定律的表示法為 R = k[A]m [B]n 則以反應物 A 而言，反應是 m 級；以反應物 B 而言，反應是 n 級；反應的總級數是m + n 級。

58 化學平衡 當一化學反應，反應物變成生成物的反應稱為正反應 (R f ) ，生成物變為反應物之反應稱為逆反應 (Rb ) ，一化學反應如正逆反應皆可進行者，稱之為可逆反應。當正逆反應 速率相等時( Rf = Rb )，使得反應物和生成物的量不會再改變，此時我們稱反應達到平衡 狀態，即是化學平衡(Chemical Equilibrium)。從表面上看，兩方的量不變，似乎處於靜止狀態， 但事實上反應仍在進行 ，只是正、逆反 應速率相等，稱之為動平衡 (Dynamic equilibrium)。

59 化學反應平衡 假如在影響反應速率因素不變(在下一節中討論)，化學平衡是持久不變的。可逆反應 一般方程式為 反應達到平衡時(Equilibrium)有下列關係，Kc 稱為平衡常數，以濃度表之，或 Kp 以分壓表之。

60 化學平衡常數 反之，一可逆反應在任意(Arbitray)條件狀態下也可書寫出生成物與反應物的比值為Q，稱之為反應商數。如 Qc 與 Kc 分別可表為 當純反應物混合時，因沒有產物，故 Q = 0。當反應進行時，產物也隨著增加，使 Q值也增加。一直到達平衡時，即 Q = K。

61 3.4 酸與鹼 具有酸性性質的食品，如鳳梨、柑橘、檸檬等水果及醋；另外，還有我們所熟悉的鹽酸、硫酸等酸性化合物，這些酸性性質的水溶液經歸納出具有下列共同特性：具有酸味；可以導電；能使石蕊試紙由藍色變紅色，亦可改變一些有機染料的顏色；和活性大的金屬如鋅、鎂等反應產生氫氣；能和鹼作用產生鹽和水。 常遇的鹼性物質，如石灰水、氨水及肥皂水溶液，這些鹼性水溶液經歸納出具有下列共同特性：具有澀味；可以導電；具有滑膩感；能使石蕊試紙由紅色變藍色，也可以改變一些有機染料的顏色；和酸作用生成鹽和水。

62 阿倫尼亞斯定義 1887 年，瑞典阿倫尼亞斯(S. A. Arrhenius, 1859-1927)從酸鹼共同的特性中尋求
酸：在溶液中游離或與水作用，產生氫離子的物質。譬如HCl與H2SO4。 鹼：在溶液中游離或與水作用，產生氫氧根離子的物質。譬如NaOH與Ca(OH)2

63 布忍斯特-羅瑞定義 1923 年，布忍斯特(J. N. Bronsted, )和羅瑞(J. M. Lowry, )提出酸與鹼的觀念，酸鹼反應是一種質子(Proton, H+)移轉的反應，酸是供給質子的物質，即質子授予者(Proton donor)，譬如 HCl 與 H2SO4，而鹼是接受質子的物質，即質子接受者(Proton acceptor)譬如 NaOH 與 Ca(OH)2 ，此種定義的酸鹼，稱為布-羅酸鹼。

64 路易士定義 1923 年，美國化學家路易士(G. N. Lewis, )將定義酸是電子對的接受者(Electron pair acceptor)，鹼是電子對的授予者(Electron pair donor)，酸鹼反應是由鹼供給電子對給酸，形成一個配位共價鍵的反應，而反應的結果產生一加成物(Adduct)，如 BF3是酸，而 NH3是鹼。

65 3.5 氧化與還原 其主要是因氧化、還原反應同時發生，故它是為氧化反應和還原反應之總稱──氧化還原(Redox)。

66 氧化、還原定義(1) 一、 氧得失的觀點 物質和氧結合的反應稱為氧化反應，可簡稱為「氧化」。其產生的化合物稱為「氧化物」。如： 從氧化物中，除去氧的反應稱為還原反應，簡稱「還原」。如：

67 氧化、還原定義(2) 二、電子得失的觀點 物質失去電子的反應稱為「氧化」。物質本身氧化數增加，例如： Mg(s) → Mg2+(aq) + 2 e 2 O2-(l) → O2 (g) + 4 e 物質獲得電子的反應稱為「還原」。物質本身的氧化數減少，例如： Zn2+(aq) + 2 e → Zn(s) Cu2+(aq) + 2 e → Cu(s)

68 氧化、還原定義(3) 三、氧化數增減的觀點 在參與反應的物質中，其元素的氧化數增加者稱為「氧化」，反之氧化數減少的稱為「還原」。 通常的化學反應中，氧化和還原必定同時發生，故稱之為氧化還原反應。如： 2 Mg(s) + O2 (g) → 2 MgO(s) (Mg 氧化， O2 還原) 2 Na(s) + Cl2 (g) → 2 NaC1(s) (Na 氧化， Cl2 還原)

69 氧化劑與還原劑 當一化學反應發生，氧化還原同時產生，氧化劑使對方氧化，而使其氧化數增加，相對的本身氧化數減少，還原劑恰好相反，把對方還原了！即使對方氧化數減少，而本身氧化數增加。

70 3.6 化學鍵結理論 所謂化學鍵，就是指這種原子與原子之間的作用力。如果釋出的能量超過 40 千焦／莫耳時，那麼分子中原子與原子之間必有強的化學鍵存在，離子鍵、共價鍵以及金屬鍵即屬此類。

71 化學鍵結(1) 離子鍵與共價鍵的鍵結能量較大，通常約在 150～400 千焦／莫耳之間； 金屬鍵的鍵能較小，約僅為離子鍵與共價鍵的三分之一。
離子鍵與共價鍵的鍵結能量較大，通常約在 150～400 千焦／莫耳之間； 金屬鍵的鍵能較小，約僅為離子鍵與共價鍵的三分之一。 氫鍵是分子間作用力的一種，其鍵強度比分子內的化學鍵弱了很多，鍵結能量約在 5～40 千焦／莫耳之間，可發生於分子內氫原子與電負度高的原子之間或發生於分子與分子之間。

72 化學鍵結(2) 原理上，化學鍵的形成，如果不是基於二個欲結合原子因電子的移轉產生正負離子，然後藉著靜電引力而結合起來，就是基於二個欲結合原子的共用電子對。 即使是共價鍵結，它的本性還是具有庫侖引力，因為原子或分子都是電中性的粒子，但是原子是由帶有正電荷的原子核與帶有負電荷的電子所組成，當二個原子（或分子）互相接近時，兩個結合原子之間的原子核與電子就會有相互作用力的產生。

73 離子鍵(1) 實際上，一個化學鍵通常是介於離子鍵與共價鍵之間。例如，氯化鈉 (NaCl) 晶體中的鍵結並非純粹是離子鍵；而在氯化氫(HCl) 分子中的極性共價鍵中，除了含有共價性(Covalent character)外，亦含有離子性(Ionic character)。 離子鍵不具方向性，共價鍵則極具方向性。 能夠形成金屬鍵的金屬元素必須具有低游離能，它們的價電子很容易游離並能自由移動進入鄰近原子的空價軌域中，如此各鄰近原子之間都有作用力的存在，而能降低能量，形成鍵結。

74 金屬鍵(1) 金屬鍵與離子鍵一樣，不具方向性。它的形成是由於一個金屬原子的價電子可以游離移轉至其他原子上，但是因沒有帶負電荷的另一原子的存在，所以鍵結本性與離子鍵有所不同。 金屬鍵也不同於共價鍵，因為金屬鍵所共用的電子非常自由，可以隨意在各原子核之間移動；而共價鍵所共用的電子卻固定於局部區域範圍內，具有方向性。所以金屬鍵可說既不屬於離子鍵，也不屬於共價鍵。

75 離子鍵(2) 離子鍵即是兩個帶相反電荷的陽離子與陰離子之間的庫侖吸引力。游離能低的金屬元素與電負度大的元素之間易構成離子鍵，而產生離子化合物。金屬元素，如鹼金屬等，易將最外層的價電子游離並移轉給電負度大的元素，如鹵素等，而各自先形成電子組態類似稀有氣體的陽離子與陰離子，然後再藉著庫侖靜電引力的作用而結合。

76 庫侖靜電定律 由庫侖靜電定律，我們知道鍵結強度的大小，是與兩個離子所帶電荷的乘積成正比而與兩個離子間的距離成反比。由於陽離子與陰離子間的距離約等於兩個離子半徑的和，所以半徑小的離子之間的鍵結強度，要比帶相等電荷但半徑較大的離子為大。

77 晶體格子能 多個離子對形成固體晶格時，陽離子與陰離子間可形成靜電吸引力，而陽離子與陽離子之間，以及陰離子與陰離子之間則產生排斥力，但總靜電引力大於總靜電排斥力，因此當相反電荷的離子形成固體晶格時，能量必更為降低。此降 低的能量，即稱為此離子的晶體格子能(Crystal lattice energy) U0 。

78 共價鍵 共價鍵是由兩個結合原子共用電子對而形成。例如，氫分子是因兩個氫原子各出一個1s 價電子互相共用而結合。
習慣上，單鍵共價鍵用一短線連結兩個結合的原子來表示一個電子對的共用，如 H－H。 共價鍵的形成亦可由其中的一個原子提供共用的電子對，此種共價鍵稱為配位共價鍵(Coordinate covalent bond)

79 共價鍵能 顧名思義共價鍵是兩原子用其價電子，也就是說化學鍵的電子分布在兩原子間。

80 金屬鍵(2) 金屬具有展性及延性，而且是熱與電的良導體。這些特性都與金屬原子間的鍵結有關。所謂金屬鍵即是指在合金或金屬晶體中將兩個或更多的金屬原子結合在一起的一種吸 引力。 金屬原子因具有低游離能及低電負度的特性，價電子容易游離。例如鈉、銀、金等金屬只具有一個容易游離的價電子可參與鍵結，因此若要依據局部電子對的鍵結理論，要使一個金屬原子，同時與周圍很多的其他金屬原子發生共價鍵是不可能的事情。為了要了解金屬鍵結的本性，首先就需要有「電子海」(Electron-sea)的觀念。

81 金屬鍵(3) 由於金屬元素的價電子容易被游離，而且可以在整個金屬結晶格子中自由移動，因此金屬本身可視為結晶格子上的金屬陽離子被游離的價電子所包圍，而每一個游離的價電子並未被限定於某一個金屬陽離子。金屬離子和周圍環境的自由移動電子間的引力形成金屬鍵，所以金屬鍵不同於共價鍵，並不具方向性。

82 金屬鍵與離子鍵之差異

83 3.7 化學反應之哲學觀 化學反應是物質分子的組成或結構的變化。掌握化學反應規律是化學研究的基本任務，它也是研究化學組成和化學結構的最後歸宿。 3.7.1燃燒反應 自組織化學反應

84 自組織化學反應 化學振盪現象 1959 年在均相體系中發現的化學振盪現象，使人們的認識發生了根本性轉變。當時蘇聯化學家貝羅所夫(B. P. Belousov)用硫酸鈰鹽(Ce3+和 Ce4+)的溶液為催化劑，在 25℃時， 以溴酸鉀氧化檸檬酸。當把反應物和生成物的濃度控制在遠離平衡態的濃度時發現，溶液中四價鈰離子的黃色時而出現，時而消失。在兩種狀態之間振盪，時間也極準確，周期為30s，呈現出具有一定節奏的「化學鐘」現象。

85 化學振盪反應 1964 年蘇聯化學家扎穆恬斯基(A. M. Zhabotinsky)改進了這一實驗。用鐵鹽代替鈰鹽催化劑，以丙二酸代替檸檬酸用溴酸鉀氧化，從而出現了時而變藍、時而變紅的更加鮮 明的化學振盪現象。 貝羅所夫和扎穆恬斯基兩人所發現的化學振盪反應(簡稱貝-札反應或 B-Z 反應)已表明出，不僅在非均相體系中而且在均相體系中也能產生化學振盪現象，即該體系的某些組分或若干組分的濃度隨時間、空間而發生周期性變化的現象。

86 體系的自組織過程 化學振盪反應所表現的巨觀有序現象，實質上是微觀分子運動有序本質的反映，是億萬分子從無序自發地『組織』起來協同一致動作的結果。 這種自組織性，可以說是一種新的相干性，一種分子之間的「通信」機制產生的結果。 超循 環論的創始人愛根(M. Eigen, )認為：在生命起源和發展中的化學進化階段和生物學進化階段之間有一個分子自組織過程或分子自組織進化階段。

87 化學耗散結構體系 1968 年，比利時化學家普里枸金(I. R. Prigogine,1917- )在歷經了近 20 年的探索以後，提出了耗散結構理論。他指出：一個開放體系在達到遠離平衡態的非線性區域時，一旦體系的某一個參量達到一定閥值後，通過漲落就可以使體系發生突變，從無序走向有序，產生化學振盪一類的自組織現象。這裡，實質上是提出了產生有序結構的以下四個必要條件： 開放體系 遠離平街態 非線性作用 漲落作用

88 跨學科的應用(1) 耗散結構理論也就是一種橫跨化學學科及整個自然科學和社會科學的理論工，是一門普遍化熱力學或普適性理論，具有廣泛的重要的科學意義。 在化學方面，耗散結構理論除了在化學工業中連續化生產的不平衡體系中得到廣泛應用外，還使化學家在理論認識上產生了一個飛躍，即化學自組織反應中與外界進行物質與能量交換的『新陳代謝』，也和生物體系一樣，是其存在的不可缺少條件，從而使化學體 系『活化』了。

89 跨學科的應用(2) 在社會領域，由於社會中的各種團體、組織、機構、單位等都可以認為是具有不同層次耗散結構的體系，都可以運用耗散結構理論來加以研究，以形成和保持自組織的有序結構。

90 傳統觀念的突破 化學耗散結構理論的建立，在思想方法上給人以深刻啟迪，突破了傳統觀念，獲得了更為全面的科學認識，促進了科學思維方法的發展。
(1)物理學和生物學規律的統一 (2)平衡態和非平衡態的並重 (3)無序自發向有序的轉化