化學科溫習筆記：金屬礦石、有限資源與循環再造
各位同學好！歡迎來到這份化學科溫習筆記，我們將會探討化學中一個與現實生活息息相關、非常重要的課題。你有沒有想過，你的手機、巴士，甚至你手上那罐飲品，當中的金屬從何而來？這一切都從地殼深處開始！ 在本章節中，我們將一起探索： 1. 我們在自然界中哪裡找到金屬（它可不是像挖出一部iPhone那麼簡單啊！）。 2. 我們如何從岩石中提煉出純金屬，這個過程稱為提煉。 3. 為甚麼有些金屬比其他金屬更難（也更昂貴）提煉出來。 4. 為甚麼我們不能永遠挖下去——金屬是有限資源。 5. 循環再造在拯救我們的地球和資源方面所扮演的超級重要角色。 如果有些詞彙對你來說比較陌生，不用擔心。我們會一步步為你拆解所有概念。我們開始吧！1. 我們在哪裡找到金屬？礦石與礦物
大多數金屬的化學活性都很高，不能單獨存在。它們通常會與其他元素（例如氧或硫）反應，形成化合物。我們在岩石中找到這些金屬化合物。甚麼是金屬礦石？
金屬礦石是含有足夠金屬化合物，使其提煉金屬在經濟上具有價值的岩石。想像一下，它就像一塊朱古力曲奇。曲奇麵團就是岩石，而朱古力粒就是有價值的金屬化合物。你才不會理會一塊只得一小粒朱古力碎的曲奇呢！ 常見錯誤提示：並非所有含有金屬的岩石都是礦石。只有當其中含有足夠的金屬，使其提煉有利可圖時，它才被稱為礦石。金屬在自然界中存在的兩種方式：
i. 不化合狀態（天然金屬）： 這些都是活性非常低的金屬。它們非常穩定，可以以純元素的形式在地下找到。它們不需要從化合物中提煉出來。 例子：金 (Au)、銀 (Ag)、鉑 (Pt) ii. 化合狀態（在礦石中）： 大多數金屬都以這種形式存在。它們與其他元素以化學鍵結合，形成化合物。 例子：鐵存在於名為赤鐵礦的礦石中（主要成分是三氧化二鐵，Fe₂O₃）。鋁則存在於鋁土礦中（主要成分是氧化鋁，Al₂O₃）。你知道嗎？
古人類最先發現的金屬是像金和銅這類活性較低的金屬。為甚麼？因為它們可以直接以純金屬的形式被發現！像鋁這樣活性很高的金屬，直到我們掌握了提煉它們的技術（例如電力！）後才被發現。重點摘要
大多數金屬以化學化合的狀態存在於稱為礦石的岩石中。活性很低的金屬（如金）可以以純元素的形式找到。2. 取得金屬：提煉就是還原作用！
提煉是從礦石中提取金屬的過程。由於礦石中的大多數金屬都與氧結合（以金屬氧化物形式存在），提煉的主要目標就是去除氧。 在化學中，從物質中去除氧的過程稱為還原作用。 金屬氧化物 ---(還原作用)---> 金屬 + 氧 想像一下：生鏽（腐蝕）是鐵與氧反應的過程。提煉則是生鏽的*反向*過程！就像建造東西需要能量一樣，從礦石中「去除鏽蝕」金屬需要大量的能量。重點摘要
金屬提煉是將金屬從其在礦石中的化合物分離出來的化學過程。對於金屬氧化物來說，這個過程是一種還原反應。3. 金屬活性序：提煉的規則書
那麼，我們如何決定用哪種方法來提煉金屬呢？答案就在於金屬活性序。這是一個將金屬從活性最高到活性最低排列的列表。金屬活性序
（活性最高） Potassium (K) Sodium (Na) Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Aluminium (Al) Zinc (Zn) Iron (Fe) Lead (Pb) Copper (Cu) Mercury (Hg) Silver (Ag) Gold (Au) （活性最低）記憶口訣
這裡有一個有趣的英文口訣可以幫助你記住這個順序：「Please Stop Calling Me A Zebra, I Like Cute Monkeys, Smart Giraffes！」（這口訣是取自每種金屬英文名稱的首字母，幫助你記憶！）為甚麼這很重要？
規則很簡單：金屬的活性越高，其化合物就越穩定，提煉出該金屬的難度就越大。 這樣想吧：活性非常高的金屬（如鉀）非常渴望與其他元素結合形成化合物。要強行將它們變回純金屬，需要巨大的能量。而活性低的金屬（如金）則喜歡獨自存在，所以它們的提煉過程非常容易（甚至完全不需要提煉！）。重點摘要
金屬活性序告訴我們金屬的活性高低。金屬在活性序中的位置決定了其提煉方法和難度。排名越高 = 越難提煉。4. 實際提煉方法
我們可以根據金屬的活性將提煉方法分組。高活性金屬 (K, Na, Ca, Mg, Al)
方法：電解 這些金屬活性非常高，其化合物極其穩定。單純加熱或與碳反應並不足夠。我們需要使用電解，即通過強大的電流流過熔融的金屬礦石，將其分解並迫使金屬分離出來。這需要消耗大量的電力，因此成本非常高昂。 例子：鋁是通過電解熔融氧化鋁來提煉的。中等活性金屬 (Zn, Fe, Pb)
方法：與碳加熱 這些金屬的活性較低。我們可以通過將它們的礦石與一種比它們活性更高的物質加熱來提煉。我們使用碳（以焦炭形式，焦炭價格便宜），因為它比鋅、鐵和鉛的活性更高。 在反應中，碳基本上「奪取」了金屬氧化物中的氧，留下純金屬。碳是還原劑。 鐵的提煉文字方程： 三氧化二鐵 + 一氧化碳 → 鐵 + 二氧化碳 這個過程比電解便宜，但仍然需要大量的熱能。低活性金屬 (Cu, Hg, Ag, Au)
方法：僅需加熱或以天然形態存在 這些金屬「很懶惰」且活性很低。它們的化合物非常不穩定。 金 (Au) 和 銀 (Ag) 通常以天然金屬形式存在，所以不需要化學提煉！ 對於活性稍高的金屬，例如汞 (Hg)，只需加熱其礦石便足以將其分解。 汞的提煉文字方程： 氧化汞 ---(加熱)---> 汞 + 氧快速回顧：連接活性與提煉
活性程度 -> 提煉方法 -> 成本/難度 高（例如：鋁）-> 電解 -> 極高 $$ 中等（例如：鐵）-> 與碳加熱 -> 高 $ 低（例如：金）-> 以元素形式存在 -> 低 / 免費！重點摘要
提煉方法取決於金屬的活性：活性高的金屬需要昂貴的電解，中等活性的需要與碳加熱，而活性低的金屬則很容易提煉。5. 耗盡！金屬作為有限資源
地殼中的金屬礦石經過數百萬年才形成。我們開採和使用它們的速度遠遠快於它們能被取代的速度。 這使得金屬礦石成為有限資源——意味著供應有限，總有一天會耗盡。為甚麼這是一個問題？
1. 稀缺性：科技和建築所需的重要金屬將變得更難尋找和更昂貴。 2. 環境破壞：開採新礦石會破壞地貌，污染水源，並消耗大量能源。 3. 能源消耗：從低品位礦石（金屬含量較少）中提煉金屬，比從高品位礦石中提煉需要消耗更多的能量。 我們需要更聰明地應對。我們需要保育我們的金屬資源。重點摘要
金屬礦石是正在耗盡的有限資源。我們日益增長的需求帶來環境和經濟問題。保育是必不可少的。6. 循環再造：明智的解決方案
如果我們無法製造新的金屬，那麼次佳方案是甚麼呢？就是重複使用我們已有的金屬！這就叫做循環再造。 循環再造金屬是保育資源最有效的方法之一。讓我們從不同角度評估它，就像你在考試中需要做的那樣。循環再造的優點
i. 環境角度• 保育金屬礦石：你回收的每一罐飲品都意味著需要從地下開採更少的礦石。這為未來保育了我們的有限資源。
• 節省能源：循環再造比從礦石中提煉金屬消耗更少的能量。例如，循環再造鋁所需的能量僅為從鋁土礦中提煉鋁所需的5%！
• 減少污染：採礦和提煉會產生大量廢石和溫室氣體。循環再造造成的污染則少得多。
• 減少堆填區廢物：循環再造金屬意味著更少的廢物被傾倒入我們已經飽和的堆填區。
• 節省金錢：由於循環再造節省大量能源，對公司而言，它通常比提煉更便宜。這可以讓產品對消費者來說更便宜。
• 創造就業機會：循環再造行業需要人員收集、分類和處理物料，從而創造就業機會。
• 促進可持續發展：它鼓勵人們思考他們對地球的影響，並為整個社區推動更可持續的生活方式。