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中正化學諮詢月刊 八十九年九月一日 歡迎投稿,來稿請以電子郵件寄至chewph@ccunix.ccu.edu.tw
內容:
諮詢中心月刊的發行已經進入第三個月了,非常感謝中正大學化學系同仁大力相助,使得每一期的內容都非常的充實.我們的目標是讓這一個網路刊物成為台灣化學教育界資訊流通的主要管道之一.當然,這還需要一段時間的努力與更多人員的主動參與.上個月初我們已發文至雲嘉地區的中等學校,希望老師及學生們能多利用我們所提供的網路資訊,根據網頁伺服器的紀錄,已經有許多人由各地上網到我們的網頁來參觀,這是令人非常高興的消息.但我們更希望您能惠賜您的意見或創作,讓我們網頁的內容更完善更充實. 在本期中,我們要特別感謝周必泰教授對1999年諾貝爾化學獎深入淺出的介紹,以及廖儒修教授對於大學入學新方案以本系為例所作的簡介.此外我們也要感謝洪晉潁老師對於在網頁上從事化學分子電腦模擬的簡介.希望這一期的內容沒有讓大家失望,我們也更希望藉由您的熱心參與,下一期的內容會更精采.
對於以一位埃及人（現在還同時擁有埃及及美國雙重國籍）為自豪的茲威爾教授而言，其獲獎；就如同李遠哲教授在台灣一般，頓時成為埃及人心目中的民族英雄。記得茲威爾在 Chemical &Engineering News 雜誌上（一本化學界資訊傳遞的雜誌，由美國化學學會所舉行）被訪問到獲獎前和獲獎後生活上最大的不同在那裡時，他的回答很微妙："從前我說的話或許很多人聽不進去，無論在政治上或科學上的，然而現在大家卻把我的話當為圭臬，這就是最大的不同點" 。可見諾貝爾獎的桂冠在第三世界，其中包括我國，都是個無上的榮譽。而更難能可貴的是茲威爾教授在獲獎後將個人獨得的獎金一百萬美元的大部份回饋給埃及，幫助他的母校高中訓練傑出人才。目前也在埃及籌設劃時代的研究中心，並匿稱為"小加州理工學院"。 茲威爾教授獲獎的主要貢獻是其利用超快速脈衝雷射的特性來成功的闡述化學反應的最基本概念，即化學反應"那一剎那" 時是如何發生的？換句比較科學的語言就是他成功的捕捉到了只存活非常，非常短暫的活化複體(activated complex)，再結合理論位能曲面計算導證來完美的闡釋過渡態反應學說 (transition state theory) 的精華。 那麼到底他所應用的超快速脈衝雷射是個什麼玩意呢。簡單的說其運作基制就如同照相裏頭閃光燈的原理。當攝影師說"準備好" 的時候就只看到瞬間一閃的光照相即完成，而這一閃的光從有到無就是一個脈衝 (pulse)，如果在用閃光燈照相時你人移動了，然而閃光燈的從無 --> 有 - -> 無的時間比你移動速度快太多的話，它只捕捉到你幾乎在某一個定點時的照片。以此推論，所洗出的相片將是非常清晰的呈現出你在"那一剎那" 的動作。如果你有能力要照相機什麼時候開始照而閃光燈就打開的話，則就能捕捉到閃光燈亮的那個時候你移動的鏡頭。套句西部快槍俠的語言即是什麼時候開始扣板機開槍，則子彈就在那個時候射出命中目標。這扣板機的機制 (trigger) 就決定了你要照一個在移動中的人一張特定姿勢的相片。我們現假設將化學反應當做一個隨時間在變化的一個連續圖型，如果我們能用類似照相機閃光燈的方式去"照相"來捕捉在化學反應中的各個"動作"（即變化），則當相片洗出後我們就可以了解整個化學反應的過程。 這概念聽起來簡單明瞭，好像一般人都能做得到。以此推論，那諾貝爾獎不是垂手可得嗎？此言差矣！首先，化學反應的過程可不像人的移動那麼慢，它所涉到的是分子中的原子行徑一個很小距離（幾個埃A，1A=10-8 公分）的變化。以一般分子振動頻率來換算的話每秒的速率大約是幾公里。以此推論原子要走幾個A大約只需要10-12秒或更快的時間。以普通照相機閃燈為例，其脈衝寬度（即從無 --> 有 --> 無的脈衝中取在一半強度時所需的時間）最快的算10-3秒好了。以10-3秒的脈衝要去捕捉10-12秒的子"移動" （反應），所得的只是全部移動的平均值而已，且反應已是結束了好長的一段時間了，故對於反應中各時間的化學變化資訊是付諸厥如。很明顯的，我們須要的是閃光燈其脈衝時間是10-12秒或更快的工具。80年代中期，在經過二十年雷射的快速發展下，飛秒雷射已逐漸成型。所謂一飛秒即10-15秒。目前世界上最快的飛秒脈衝雷射大約是5 X 10-15秒（即5飛秒）左右，一般商業上科研市場所賣的等級大約都在100飛秒左右。值得注意的是茲威爾教授的貢獻並不是在發展飛秒雷射（雖然在某種程度上是有一點貢獻，但主要發展者還是一群電機及光電物理的科研人才），而是在利用飛秒雷射來突破研究化學反應起始機制的瓶頸。在60至80年代，研究化學反應機制所涉及到的化學鍵的斷裂，如何斷裂，新的化學鍵如何生成，以及那一種方式生成等等問題皆是化學家，尤其是物理化學家，所致力追求的目標。當時最有名且運用最廣的實驗技術即是利用要反應的分子在真空中形成兩束分子束對撞或用光來激發分子束反應，進而利用生成物在不同角度的全方位分佈來間接闡釋反應機制。這方面的先驅研究者即是李遠哲教授以及其在哈佛博士後的老闆賀須巴 (D. R. Herschbach) 以及其後的很多研究群。這方面的成就也促成包括李遠哲教授等三位傑出研究者榮獲1986年諾貝爾化學獎。然而這先進且複雜的方法無法對於反應機構的原始證據，如活化複體的可能結構以及反應的時間解析等等，提出最直接的佐證。1987年茲威爾教授的實驗室首先利用飛秒解析的偵測系統成功的觀測到 ICN --> I + CN 中 CN 自由基隨時間的演變情形，進而導證這個反應的活化複體的生命期大約是50飛秒左右，而實驗也得到證實這個活化複體的裂解反應在I-C化學鍵振動時即已開始。這項先驅研究從此促成飛秒化學的濫傷。 從這個1987年的先驅結果發表後茲威爾教授的研究更推廣至其他化學系統且都成功的獲致反應最原始的時間解析。這些系統已不只包含了在氣態分子，也同時含蓋了液態反應，團簇分子，表面分子甚至可以應用到生化蛋白質分子及DNA的反應上面。在這十幾年飛秒時間解析研究的推展下，一些化學上最基本的問題正等待著茲威爾教授以及其他同儕來共同解決。這些問題大致上包含 在屬於自己的研究發展領域上，茲威爾教授目前最感興趣的兩個研究方向之一是在反應過程中試圖了解隨時間變化的化學結構演變，卑以了解整個化學反應中包括動力學及化學鍵結結構的所有資訊。當前結構分析技術當中應以Ｘ－光繞射，核磁共振(NMR)以及電子繞射(Electron diffraction)等三種技術最為純熱。然而NMR在時間解析上速度太慢，Ｘ－光繞射基於光源的取得不易以及繁鎖的的操作故不是在時間解析結構上很好應用，茲威爾教授目前著重在飛秒時間解析的電子繞射結構分析上。目前在一些小分子的光裂解上已有重大的突破，他們已經能成功的得到某些反應的活化複體生命期，並可以同時進行結構上的解析。目前實驗也正朝生化大分子上進行。另一個方向是著重在選擇性化學合成上。用雷射單頻波長選擇性激發某種振動（或繞動）模式進而得到一個特定的反應途徑，最後產生單一種生成物。這個概念早在1980年代即被提出。然而理論上認為成功的機率不太大（除了幾個偶然例子外）。原因是不同形式的振動模之間轉換時間太快，幾乎都小於10-12秒。是故最後所得到的只是經由不同途徑反應的混合物。然而這個反應瓶頸以經由飛秒雷射的研發來打破。藉由飛秒時區的脈衝茲威爾教授認為可以不遵循(by-pass)振動重組(vibration redistribution)的模式，原因是當用 < 100 fs 脈衝激發在某一個特定振動模時，在振動重組還沒有發生時分子已遵循一個特定反應軌跡很"選擇性" 的產生單一的生成物。在這方面的研究茲威爾的實驗室已經由50飛秒的脈衝激發在一系列的環狀酮(cyclic ketones)產生所謂諾利希形式(Norrish reaction)的雙自由基反應。他們發現酮雙自由基的分解和這些環狀酮分子的大小無關。故分子鍵的斷裂在飛雷射激發下是極端的富於選擇性。這結果證實了利用飛秒雷射可以很選擇性的用不同激發波長來合成純度高的單一化合。這一方面的成果是80年代及90年代初所不能想像的。目前茲威爾的實驗室已經可以做到利用飛秒雷射對30個原子所組成分子做選擇性光化學合成。 整個對茲威爾教授研究方向的敘述到目前為止可能會讓讀者眼花撩亂。然而無可置疑的這些研究方向即使對茲威爾教授而言都是在萌芽的階段。但個人相信在未來的21世紀這些現在還在萌芽的研究將都會孕育成熟，而在成熟後自然而然會有另外未知的挑戰須要面臨。科研是生生不息，永遠具挑戰性的。仔細想想，在理論上所提出的活化能，活化複體，過渡態理論過去聽似非常的模糊，但現今已經以經由由李遠哲教授等的分子束反應以及茲威爾等的飛秒時間及結構解析來由實驗證實。你說科研不是很奇妙嗎？它永遠讓您有求知慾，富挑戰性而讓您的生活更多采多姿。
國立中正大學化學系 大學多元入學新方案 中正大學化學系 廖儒修「大學多元入學新方案」是大學招生策進會於88年6月21日會議通過之入學方式，並決定自九十一學年度起實施。新方案的特色在於「考招分離」及「多元入學」，考試由大學入學考試中心等專責機構辦理，可就命題進行持續研究，使試題不僅具有評量功能，更能兼顧高中的教與學。招生由各大學自主，可單獨招生或聯合招生，使大學各校系依特色訂定招生條件，招收適才適所的學生。
圖一 大學多元入學新方案架構圖
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| 科目 | 國文 | 英文 | 數學 | 社會 | 自然 |
| 檢定標準 | 不採計 | 均標 | 後標 | 不採計 | 後標 |
第二階段：指定甄試項目 （佔總成績50%）
面試（含推薦資料評審、化學性向能力測驗、口試）
第一階段：學科能力測驗
| 科目 | 國文 | 英文 | 數學 | 社會 | 自然 |
| 檢定標準 | 不採計 | 均標 | 後標 | 不採計 | 後標 |
考生參加學科能力測驗後得參加第二階段指定科目考試，以指定科目考試成績作為分發依據。指定科目考試各科均採統一考試，由大學入學考試中心或指定之專責機構辦理，於高三下學期結束後舉行。分發時該生的學科能力測驗必須達到一般檢定標準及校系自訂之檢定標準以後，才能以指定科目考試成績決定錄取。本系之指定科目考試如下：
第二階段：指定科目考試
| 科目 | 數學甲 | 物理 | 化學 |
| 加重百分比 | 0% | 50% | 100% |
有關多元入學方案之詳細說明，請參考大學入學考試中心網站：
http://www.ceec.edu.tw/
Web 上之化學分子模擬 (一)
CHIME 軟體的簡介
中正大學化學系 洪晉穎 胡維平 MDL Information Systems Inc. 發展的Chime軟體,可以外掛(plug-in)在網頁(web page)上,直接顯示出2D和3D的分子模型。在眾所皆知的Netscape和Microsoft的瀏覽器(browsers)上,該分子的化學結構,能被轉動(rotated)、重新格式化(reformatted)、或儲存成其他檔案格式,使用於模型(modeling)或資料庫(database)軟體。對於熟悉HTML的使用者,更能將結構加入他們的研究計劃、教學、介紹發表或製作出互動式的網頁(interactive web page)。 Chime 是免費軟體,該軟體可以在Windows9X/NT或Macintosh上使用,甚至Windows3.1、Macintosh PowerPC and 68K或SGI IRIX亦有對應版本可供使用。只要使用者接受它的License Agreements ,可連結至MDL Information Systems-Downloads即可順利下載Chime軟體安裝http://www.mdli.com/downloads/chime.html 。 若以下載完成的Chime 2.0.3 檔案為例,該檔案是一自解安裝檔(self extracting installer)在Windows Start Menu上直接執行,即可plug-in在使用者所選用的瀏覽器上,取用方便。CHIME所支援的MIME類型(SUPPORTED MIME TYPES): MIME Type (MIME類型) Description(描述) Suffixes(延伸檔名)
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