現代世界物料：學習筆記
各位同學好！準備好一齊探索構建我們世界的奇妙物料了嗎？從你手機裡的金屬到水壺裡的塑膠，我們每天都用著各種特別的物料。在這些筆記中，我們會發現如何令金屬變得更堅固、從原油中可以提煉出什麼驚人的物料，以及怎樣明智地運用這些物料來保護我們的地球。這些物料無處不在，現在就讓我們一齊深入了解啦！
合金：比純金屬更優勝！
你有沒有想過，為什麼鋼製的橋樑會比一根簡單的鐵釘堅固那麼多呢？秘密就在於「混合」！就像你混合麵粉、糖和雞蛋來烤出更美味的蛋糕一樣，科學家們會將金屬與其他元素混合，令它們的性能變得更好。這種特別的混合物就叫做合金。
甚麼是合金？
合金是指將金屬與至少一種其他元素混合而成的物料。這種其他元素可以是另一種金屬，也可以是非金屬。製造合金的目的，就是要賦予它比純金屬更佳的特性。
這些經改良的特性包括：
- 強度： 使金屬更難彎曲或斷裂。
- 硬度： 使它更耐刮擦。
- 抗腐蝕性： 防止它生鏽或失去光澤。
- 輕巧： 使它既堅固又不會太重。
這種混合方式是怎樣運作的呢？（簡單看看！）
想像一下，一個盒子裡裝滿了疊得整整齊齊的網球。你可以輕易地讓這些球層互相滑動。純金屬有點像這樣，它們的原子排列整齊，形成容易滑動的層次，這會令它們比較軟。
現在，想像你往盒子裡扔進一些較小的哥爾夫球。整齊的層次一下子都亂了！現在要讓這些層次滑動就困難得多了。這就是合金中發生的情況。透過加入不同大小的原子，我們破壞了原本整齊的層次，使物料變得更堅硬和更堅固。這是一個簡單的技巧，卻帶來驚人的效果！
常見合金及其用途
你每天都在使用合金，可能你都沒發現呢！
- 鋼： 這是鐵和少量碳的合金。純鐵相對較軟且容易生鏽。鋼非常堅固，所以我們用它來建造摩天大廈、橋樑、汽車和船隻等等。
- 不鏽鋼： 這是一種加入了鉻和鎳的特殊鋼材。鉻能阻止它生鏽。這就是為什麼你的刀叉、廚房洗碗盆和醫生的工具都是用不鏽鋼製成的！
- 青銅： 這是銅和錫的合金。它比純銅堅硬得多，而且顏色漂亮。它最常用於製造雕像、獎牌和鐘。
- 黃銅： 這是銅和鋅的合金。它堅固、顏色有點像黃金，而且不易腐蝕。你可以在喇叭等樂器、水龍頭和門把手中找到它。
重點回顧：合金
快速溫習：
- 合金是至少含有一種金屬的混合物。
- 我們製造合金是為了改善其特性，例如使其更堅固或防鏽。
- 現實生活中的例子包括鋼（用於建築物）、不鏽鋼（用於餐具）和青銅（用於獎牌）。
原油：黑金與它的秘密
在地底深處，有一種厚厚的黑色液體，叫做原油。我們常以為它只是汽車燃料，但它其實是製造我們生活中一些最重要物料的寶庫，尤其是塑膠！
甚麼是原油？
原油是數千種不同化合物的複雜混合物，這些化合物稱為碳氫化合物。碳氫化合物是只由氫原子和碳原子組成的分子，它們以不同長度的鏈狀結構連結在一起。
類比： 把原油想像成一大鍋字母湯。它雜亂無章！要使用這些字母，你首先需要把它們分開。我們需要對原油中不同的碳氫化合物分子做同樣的事情。
分離原油：分餾法
我們會使用一種稱為分餾法的過程來分離碳氫化合物的混合物。它之所以有效，是因為不同大小的碳氫化合物分子有不同的沸點。
別擔心，它聽起來比實際簡單！以下是詳細步驟：
- 加熱： 原油被加熱到非常高的溫度（超過350°C），使其大部分變成氣體（蒸氣）。
- 進入塔內： 這種熱氣體混合物被泵入一個稱為分餾塔的高塔底部。這個塔的底部非常熱，越往上溫度越低。
- 上升冷卻： 熱的碳氫化合物蒸氣開始沿著塔上升。隨著它們上升，它們會冷卻下來。
- 凝結和收集： 當碳氫化合物蒸氣冷卻到其沸點時，它會變回液體（這稱為凝結）。然後在不同高度的托盤上收集。
關鍵思想是，較大的分子沸點較高，所以它們會在塔中較熱的下層凝結並被收集。較小的分子沸點較低，所以它們會上升到較涼的部分才凝結。
每種被收集的液體稱為餾分，每個餾分都有特定的用途。
餾分的用途
分離出來的餾分非常有用！
- 燃料： 一些餾分會成為汽車用的汽油、噴射機用的煤油，以及貨車和巴士用的柴油。
- 溶劑： 用來溶解其他物質的化學品。
- 原材料： 其中一個最重要的餾分（稱為石腦油）是製造塑膠、藥品和許多其他化學品的起始原料。
你知道嗎？
構成你學校椅子、電視遙控器，甚至你衣服中一些纖維的塑膠，它們的旅程都始於埋藏在地表下數英里處的原油！
塑膠：超級分子
塑膠無處不在！它們是令人驚嘆的物料，幾乎可以模塑成任何形狀。但它們到底是什麼呢？
甚麼是塑膠？
類比： 想像你有一大盒單個的萬字夾。每個萬字夾都是一個小分子，稱為單體。如果你將數千個這樣的萬字夾連結在一起，你就會創造出一條非常、非常長的鏈。這條巨大的鏈就稱為聚合物。
這就是塑膠的真正面貌！塑膠是由非常大的分子（稱為聚合物）組成的物料。這些聚合物是由數千個較小的單體分子化學結合而成。由於這些聚合物分子非常巨大，我們也稱它們為高分子。
常見塑膠的例子
不同的單體會產生具有不同特性的聚合物。
- 聚乙烯 / PE：你每天都看到它！它用於製造塑膠袋、洗髮水瓶和兒童玩具，因為它柔韌、輕巧且便宜。
- 聚氯乙烯 / PVC：這種塑膠堅韌、堅固，而且是不良導電體。它非常適合用於窗框、水管和電線的外皮。
不斷創新！
我們的世界不斷變化，我們需要新的物料來解決新的問題。科學家們不斷設計具有特殊特性的新塑膠，例如用於防彈背心的超堅固塑膠，或者受損後能自我修復的塑膠！
重點回顧：塑膠
快速溫習：
- 塑膠是由稱為聚合物的巨大分子構成。
- 聚合物是由稱為單體的重複小單元組成的長鏈。
- 塑膠是由來自原油的化學物質製成。
- 不同的塑膠，例如聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC），具有不同的特性，適用於不同的用途。
負責任地使用物料
合金和塑膠讓我們的世界變得更美好，但它們的成功也帶來了一些重大的環境挑戰。了解這些問題非常重要，這樣我們才能找到解決方案。
我們物料的問題
- 塑膠污染： 大部分塑膠都不可生物降解，這意味著它們不會自然腐爛分解。一個塑膠瓶可以在環境中停留數百年，污染我們的土地和海洋，並傷害那些誤把塑膠當作食物的動物。
- 消耗資源： 製造塑膠會消耗原油，而從地下開採金屬（採礦）則會耗盡有限的資源。這兩種過程都需要大量能源，並可能造成污染。
尋找解決方案：做個地球小英雄！
我們每個人在解決這些問題上都有一份責任。一個記住如何提供幫助的好方法就是「3R原則」。
- 減少使用 (REDUCE)： 最好的解決方案是直接減少使用物品。例如，攜帶可重複使用的水瓶和購物袋，而不是使用即棄的。
- 重複使用 (REUSE)： 在你丟棄物品之前，想想看它是否可以用於其他用途。例如，一個舊的果醬瓶可以用來存放筆，或者一個食物容器可以用來裝剩餘的飯菜。
- 循環再造 (RECYCLE)： 這是指我們將舊物料轉化為新產品。回收金屬和塑膠可以節省資源，並且比從頭製造它們消耗更少的能源。例如，舊塑膠瓶可以循環再造成衣物、公園長椅或新瓶子！
重點回顧：做個地球小英雄！
快速溫習：
- 使用和棄置塑膠及金屬會造成污染，並耗盡地球寶貴的資源。
- 我們都可以透過遵循「3R原則」來出一分力：減少使用、重複使用和循環再造。