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# 煤化学[编辑]

**煤化学**兴起于18世纪产业革命之后。随着蒸汽机的广泛使用，作为蒸汽机重要动力来源的煤受到了科学界的广泛重视和研究。18世纪后，煤成为了世界范围内最主要的能源物质，也成为了一个庞大的工业产业体系；煤在世界能源消费中所占的比重由1860年的24%猛增到1900年的95%。

## 研究范围

煤化学是煤科学的一个重要分支，煤化学主要研究的内容有煤的生成、组成、结构、性质、分类、转化过程与合理利用。

## 发展历程

煤科学的发展大致可分为三个阶段

### 开创阶段

1813年-1913年
此阶段人们迫于现实的需求开始了对于煤的研究。主要研究成果如下

| 时间 | 研究成果
 |
| --- | --- |
| 19世纪30年代 | 煤的植物起源学说
 |
| 19世纪40年代 | 煤的微观研究、热解、溶剂分离、煤的可塑性
 |
| 1873年 | 煤的分类系统
 |

1873年Regnault根据大量元素分析提出的煤的分类系统标志着煤化学学科的开创

### 鼎盛阶段

1913年-1963年
此时期煤占据着世界能源的垄断地位，煤化学的研究蓬勃发展。美国、德国、英国、法国、日本、苏联、波兰等国家相继建立了很多高水平的煤科学研究所，并在大学中开设相关的专业。这极大的促进了学科的发展，这段时间的研究成果包括焦化技术、液化技术、成焦机理与煤的物理和化学结构等组成了现代煤化学。1931年Friedrich Berguis凭借其于1913年左右开发的《煤在高温高压下直接加氢液化技术》获得了煤化学科技史上唯一的诺贝尔奖。

### 衰落与复兴

1963年-今
二十世纪六十年代由于廉价石油和天然气的大量开发利用，能源领域的注意力和研究重点纷纷转向了石油天然气工业和石油化工，煤炭工业逐渐衰落，有关煤的科学研究几乎停滞不前。但70年代中期的几次石油危机，石油价格猛涨，使得人们产生了对石油工业的担忧，煤化学的研究重新得到了人们的重视。1990年来由于环境问题，煤化学面对了很多新的亟待解决的问题。目前，煤化学的主要研究方向是煤的组成结构、污染组分及有害元素的认识、煤的高效清洁利用、煤的定向转化等
# 農業化學[编辑]

**農業化學**（英語：**Agricultural chemistry**），是一門利用化學來研究農學題的學科。

## 概要

農業化學乃應用化學的知識技術，配合物理科學與生命科學，探究並解決直接與間接的農業生產各環節所存在的問題，同時提昇農產品的價值。

## 研究主題

傳統上來說，農業化學的研究可分為以下幾個領域：

* 土壤學與肥料學
* 植物生理學與植物營養學
* 農藥
* 發酵、釀造與微生物技術
* 脂質化學
* 醣化學

近年來，隨著分子生物學及生物技術的快速發展，農業化學的研究主題也日益多元。其研究結果廣泛地運用在基因工程、食品科學、環境科學等學科。

## 學術機構

* 國立臺灣大學農業化學系，連結 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

## 著名學者

* 尤斯圖斯·馮·李比希
* 喬治·華盛頓·卡弗
* 鈴木梅太郎
* 翁啟惠
* 楊秋忠

## 註釋

* 生物化學
* 有機化學
# 化学教育[编辑]

孩子们在试管中将化学药品混合，这是俄罗斯萨马拉动手化学教育计划的一部分。
**化学教育**是对所有院校中化學的教育和学习的研究。化学教育的内容包括：了解学生如何学习化学；如何让化学教学效果最好；如何通过改变教学方法及对化学教师进行适当的培训，以改善学习成果。化学教育方式包括但不限于课堂授课，多媒体演示和实验活动。

从事化学教学的教师的技能需要不断更新，因此化学教育这门学科可以满足这一需求。

## 教育理论

至少有四种不同的教育理念描述了如何进行化学教育。

### 从业者观点

第一种是“从业者观点”，其中的主体部分为**负责化学教学的个人**（教师，讲师，教授），他们通过自己的行动来定义化学教育。

### 化学教育者的实践

第二种观点的主体部分为**化学教育者**，**教职员工**和**教员**，他们对化学的某些领域 (有机化学、无机化学、生物化学 等）感兴趣， 有意愿通过期刊、出版物，书籍和演示文稿将建议，论文，观察结果和其他描述性的实验报告发布到公共领域。

* 卡米尔和亨利·德雷福斯基金会执行董事罗伯特·利希特（Robert L.Lichter）博士在第十六届化学教育双年度会议（最近的BCCE会议 [1],[2] （页面存档备份，存于互联网档案馆））的全体会议上发言时提出了一个问题：“为什么在更负责任且更精确的术语：“化学教授”，可以描述这个团体时，像“化学教育家”这样的术语还在高等教育中出现？”对此观点的一种批评是，很少有教授对于他们的教学工作进行**关于教育**的正式准备或背景知识，因此缺乏**对教学事业的专业看法**。他们尤其缺乏关于教学效果和学生学习方式的发现。

### 化学教育研究

第三种观点是“**化学教育研究**”（CER）。以物理教育研究（PER）为例，CER通常采用大学的化学教育研究中开发的理论和方法。这些理论和方法通常在学校的教学中实践，并将其用于理解后期的类似问题。 （作为大学的补充）。像科学教育研究者一样，CER从业人员倾向于研究他人的教学实践，而不是自己进行教学实践。化学教育研究通常是使用来自中学和中学后的人类学科“就地”进行的。化学教育研究利用定量和定性的数据收集方法。定量方法通常涉及收集数据，然后使用各种统计方法进行分析。定性方法包括访谈，观察，日记以及社会科学研究常用的其他方法。

### 教学学术研究

最后，有一个新兴的观点称为教学学术研究（SoTL）。

* 尽管存在关于如何最好地定义SoTL的争论，但其基本思想之一是让教职员工（有机，无机，生物化学等）对他们的实践，如何进行教学研究以及研究反思进行更深入的了解，并且应用到自己的化学教学上。其目的是了解什么使学生学习真正有效。

## 对化学课的恐惧

在化学课上进行示范。
许多大学生，尤其是学习理科的学生，需要学习化学课程。 一些学生发现化学课和做实验压力很大。 这种焦虑被称为**“化学恐惧症”**。 学生通常会在学习成绩，学习化学方程式的难度以及担心手会碰到化学物质等方面感到恐惧。 女学生比男学生更易感到恐惧。 提前进行化学学习会降低焦虑。对于厌恶化合物而不是化学这一学科的症状，参见化学恐惧症。

## 学术期刊

在许多期刊上都可以找到或发表与化学教育有关的论文。 从历史上看，许多这类期刊的发行地点仅限于出版国。 一些期刊专注于不同教育水平（学校与大学）的化学，而另外一些则涵盖所有教育水平。 这些期刊常包含各类文章，从课堂、实验室实践报告到教育研究不等。

* *澳大利亚化学教育期刊*: 由 澳大利亚皇家化学研究所 出版，覆盖大学及中学相关领域。
* *化学教育研究与实践* (CERP): 由英国皇家化学学会（RSC）发布CERP出版了有关化学教育各个方面的研究。 CERP发表理论观点，文献综述和经验论文，包括对创新实践的系统评价。
* *化学教育* (EiC): 由英国皇家化学学会，涵盖了化学教育的所有领域。 EiC是RSC的教育杂志，而CERP是同行评审的研究杂志。
* *化学基础* (FOCH): 由Springer出版，涵盖化学教育的哲学和历史方面。
* *化学教育期刊*: 由美国化学学会的化学教育部门出版，涉及学校和大学教育。 它成立于1924年。
* *化学教育者*: 涵盖化学教育的所有领域。
* *化学教育杂志*：涵盖化学教育的所有领域。([3] , [4]).
* *化学科学期刊清单*

化学教育方面的许多研究也发表在更广泛的科学教育领域的期刊中。

* 通过实验加强高等化学学习
* 科学教育中的建构主义

## 参考资料

## 相关链接

* 维基共享资源上的相關多媒體資源：化学教育
* Welcome to ChemConnections （页面存档备份，存于互联网档案馆）
# 湿化学[编辑]

裝有化學品的量筒和燒杯
**濕化學**（英語：Wet chemistry）屬於分析化学，是用傳統方式（例如觀察）來分析物質的方式。其名稱「濕化學」是因為大部份的分析工作都是在液態下進行。許多濕化學的實驗都是在實驗室的實驗桌上進行。

## 器材

濕化學會使用实验室玻璃器皿（例如量筒和燒杯）以避免分析材料受到其他來源物質的污染或影響。若要加熱蒸發物質，或是去除水份，會使用汽油、本生燈及坩堝。濕化學不會配合先進儀器進行，因為大部份的先進儀器都會自動掃描分析物，並且排除一些使用儀器的量化化學分析。不過濕化學還是會使用一些簡單的儀器，例如用秤來測量物質化學變化前後的重量。許多高中及大學的化學實驗會教授濕化學的實驗方法。

## 歷史

在理論化學及計算化學問世之前，大部份化學領域的發現都是以湿化学為主，因此也稱為古典化學。科學家也在發展技術以提昇濕化學的精度。有些研究是用濕化學無法完成的，後來因此發展了相關的分析儀器，後來演進為分析化學中的仪器分析。現今的品質控制要求要進行大量的湿化学實驗，因此許多方法都已變成自動化及電腦化的分析。

## 方法

### 定性法

鉛燃燒時會產生亮白色的火熖
定性法是用一些無法量化的資訊，透過資訊變化來偵測變化。這包括顏色、氣味、質地等

#### 化學測試

化學試驗是用試劑來判斷未知溶液中是否有特定的化學物質。若該化學物質存在，試劑會與其產生反應，因此可以得知溶液中有該化學物質。海勒氏試驗即為一例，利用加有強酸的試劑，判斷未知溶液中是否有蛋白質，若是有，測試試管中會出現一段混濁的區域，表示蛋白質正因為酸而变性。溶液的混濁就可以指出溶液中含有蛋白質，此法已用來檢驗人尿液中是否有蛋白質（蛋白尿）。

#### 熖色試驗

熖色試驗是許多人知道的化學試驗，只適用於金屬。當金屬粉末燃燒時，會因為金屬的不同而釋放不同的顏色。例如钙 （Ca）會產生橘色，铜（Cu）會產生藍色。

### 定量法

定量法是用可以量測和量化的資訊來偵測變化，常見的包括體積、濃度、重量的變化等。

#### 重量分析法

從燒杯裡的溶液中過濾出固體
重量分析法會量測溶液中所沉淀的固體重量，或是溶解固體後的溶液重量。會先記錄反應前的液體重量。若是會產生沉澱的物質，會在溶液中加入試劑，直到不再產生新沉澱為止。之後再將沉淀物乾燥稱重，以確認溶液裡的化學物質濃度。若是會溶解的物質，會過濾液體去除固態物質，或是加熱到所有的液體都蒸發為止。最將完全烤乾，只留下固體，接著稱重確認溶液的濃度。

#### 體積分析法

體積分析也稱為滴定，是用體積量測來確認化學物質的量。會在有已知待測物質，但濃度不確定的溶液中加入已知濃度的試劑，發生變化時試劑的量會和待測物的濃度成正比。因此可以得知待測物質的量。若其化學反應不會有可見的變化，會加入指示劑來識別。例如酸碱指示剂會在溶液的pH值到達一定範圍時變化。顏色變化的點稱為當量點。因為顏色會突然變化，溶液需緩慢加入，而且所有的量測都要非常準確。

## 用途

湿化学的技巧可以用在質化化學分析的量測中，例如顏色的變化（色度學），但主要仍用在量化的化學分析中，例如重量分析法及滴定等。湿化学會用在有關以下特性的測量：

* pH（酸度、鹼度）
* 濃度
* 電導率 (電解質)
* 濁點溫度
* 材料硬度
* 固體或是不溶解的沈澱物
* 鹽度
* 比重
* 密度
* 濁度
* 黏度
* 濕氣

湿化学也用在環境化學的以下測試中：

* 生物化學需氧量（BOD）
* 化學需氧量
* 富營養化
* 塗層識別

湿化学也用在液體試樣〈例如水〉的元素分析中：

* 以化合物氨出現中的氮
* 氯
* 鉻
* 氰氣
* 水中溶氧
* 氟
* 氮
* 硝酸鹽
* 酚
* 磷酸鹽
* 磷
* 二氧化矽
* 硫酸鹽及硫化物

## 相關條目

* 濕化學實驗
* 比色法

## 參考資料

## 延伸閱讀

* Elizabeth K. Wilson. Phoenix Tastes Water Ice On Mars. C&EN.
* Beck, Charles M. II. Classical Analysis: A Look at the Past, Present, and Future. Anal. Chem. February 15, 1994, **66** (4): 224A–239A  [2024-09-03]. S2CID 242506938. doi:10.1021/ac00076a718. （原始内容存档于2023-02-15）.

* Wet Chemistry Lab Photo
# 中心科學[编辑]

Partial ordering of the sciences proposed by Balaban and Klein.
化學，常被稱為**中心科學**，原因是它連結了自然科學（其中包含化學）與生命科學和應用科學（如醫學和工程學）。這一關係的本質是化學哲學和科學計量學的核心話題之一。

化學這一用語因在《化學：中心科學》這本教科書中被使用而得到普及，此書由Theodore L. Brown和H. Eugene LeMay所著，於1977年第一次出版，2014年第13次再版。化學的中心地位可見於Auguste Comte對科學的系統化和層級化的劃分，其中每個學科為其後面的學科提供更加全面的框架（數學 → 天文學 → 物理 → 化學 → 生理學和醫學 → 社會科學）。 Balaban 和 Klein 近期提出一個顯示科學的偏序圖表，其中自化學產生了諸多學科，因此化學可稱得上是“中心科學”。 在形成這些聯繫的過程中，下級的領域「不可還原（性）」（哲學）生成上級的領域。但公認的是，下級領域可以衍生出上級領域所沒有的思想和概念。因此，化學建立在物理定律支配粒子（如原子，質子，電子，熱力學等）這一知識的基礎上，雖然目前為止化學還沒有被“完全「還原」至量子力學”。 元素的週期性和化學鍵等，是化學中基於物理基本力衍生出的概念。同樣的，生物學無法完全還原至化學，儘管事實上負責生命的組織由分子組成。 例如進化，用化學知識可以描述為生物體的DNA在基因的鹼基對級別上的突變。但是，化學無法充分地描述這一過程，因為它不包含驅使進化的概念，如自然選擇。化學是生物學的基礎，因為化學為研究和理解組成細胞的分子提供了方法。化學與其他學科產生的聯繫由不同的子學科通過多個學科的概念所形成。物理化學、核化學及理論化學等領域同時需要化學和物理。化學和生物學在諸多領域相交，例如生物化學、藥物化學、分子生物學、化學生物學、分子遺傳學及免疫化學。化學和地球科學在地球化學及水文地理學等領域相交。

## 材料科学

21世纪，材料科学（特别是纳米科学）也被学术界称为中心科学。材料科学的中心地位主要体现在两个方面：一方面是不少大学和科研院所的其他院系（例如化学、物理、电子、机械等）皆逐漸加入材料科研的行列，发表了大量材料类论文；另一方面是由于材料专业学生的多元化就业，他們在各行各业运用学到的材料科学知识或可推动社会进步。

* 基礎科學
* 化學哲學
* 硬科學及軟科學
* 專用科學
* 科學統一論

## 註釋及参考資料
# 催化

**催化**（catalysis）或**催化作用**，是利用催化剂参与，改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。广泛发生于无机物反应、有机物反应、生物体内反应。

许多化学工业要利用催化作用来获得需要的反应速率。催化也是一种化工单元过程，催化剂本身在反应中不会被消耗，但催化剂会改变反应速率，一催化劑亦可能參與複數的催化反應。正催化劑可加速反應；負催化劑或抑制劑則會與反應物反應進而降低化學反應。可提高催化劑活性的物質稱為促進劑；降低催化劑活性者則稱為催化毒。

相較於未催化的反應，同溫度的催化反應擁有較低的活化能。催化劑可以藉由結合反應物達到極化的效果，如酸催化劑之於羰基化合物的合成；催化劑也可產生非自然的反應中間物，如以四氧化鋨催化烯烴的雙羥基化中產生的鋨酸鹽酯；催化劑亦可造成反應物的裂解，如製氫時產生的單原子氫。

很多物质都可以做催化剂，在无机物反应中，通常利用酸、碱、金属或金属化合物作为催化剂，在有机物反应中多用有性的蛋白质分子——酶作为催化剂，生物体内许多化学反应都依赖酶來进行的。

催化反应可以发生在均相催化和多相催化中，也可以发生在复相催化中：

## 均相催化反应

在均相催化反应中，催化剂和反应物处于同一相中，一般发生在液体状态中。催化劑可與反應物生成中間體，使反應機理轉變為另一個擁用較低活化能的新機理，故反應速率得以提升。

以過二硫酸根離子（S2O82-）與碘離子（I-）的反應為例：

S2O82-(aq) + 2 I- = 2 SO42-(aq) +I2 (aq)
 WIKINIUM\_MATH\_PH\_0
加入鐵(III)離子可催化以上反應，機理如下:

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_2
 WIKINIUM\_MATH\_PH\_4
 WIKINIUM\_MATH\_PH\_6
 WIKINIUM\_MATH\_PH\_8
又例如以*Δ*代表催化剂，反应过程如下：

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_10
 WIKINIUM\_MATH\_PH\_12
所以最终结果为：

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_14
本来A和B之间不能直接反应或反应速率太慢，*Δ*的存在促进了A和B之间的反应，生成了新的产品K。

## 多相催化反应

多相反应中催化剂一般是固体，催化反应按照下列步骤进行：

1. 擴散-反应物扩散到催化剂的表面；
2. 吸附-反应物被吸附到催化剂表面；
3. 反應-被吸附的反应物在催化剂表面解离各键，并因此发生反应，生成新产物；
4. 脫附-新的产物从催化剂表面解吸。
5. 擴散-產物從催化剂表面擴散

催化劑的催化作用原理較複雜，不同的催化劑的作用原理不盡相同，酶的催化作用更為複雜，而且具有高度的選擇性，只能對某種特定的反應進行催化，在食品工業和藥物合成中，經常利用酶来進行催化。另外，由於d区元素原子具有不同數目的價電子及低能階的空電子能階，故能使反應物吸附在d区元素表面。因此在一些反應中，包括以哈柏法生產氨氣，d区元素可以提供一個適當的金屬表面，進行多相催化反應。此外，二氧化錳催化過氧化氫分解成水之反應亦為多相催化作用。

## 複相催化反应

複相催化是一独立的化学反应。它兼有均相催化的温度和多相催化的速度。同时具有可控的方向性。对固液气均可进行催化且用量极少。在反应时，全方位的进行催化，致使反应速率加快数千倍。由于催化能力倍增，使其可从碳水化合物中移动氢氧，而这正是把工业和生物废弃物“一步法”转化为标准汽柴油的科学基础，例如：

二氧化碳 + 废塑料轮胎 --> 汽柴油+可燃气+炭黑
既解决了空中环境堵塞，又将地面废弃物转化为能源；

煤+地面农、林、牧、城市生活废弃物、城市工业废弃物 --> 汽柴油+可燃气+炭黑
既解决了地面的污染问题，地面生态通道的堵塞，和煤排出的二氧化碳问题，又将煤、地面废弃物转化为急需的汽、柴油基础油，它产生的可燃气体和天然气的低碳排放是一个水平：排出的可燃气体，碳排放量为16%，天然气的碳排放量12%

优化化石能源的产业结构。用先进的催化技术和仿生能源的工艺方法，将
炼油工业转化为资源节约型的工业结构。

石油 --> 汽柴油+可燃气+炭黑
以高科技手段，打破垄断，形成资源节约型产业，把地下化石能源成本降下来。
相比于传统炼油，设备成本为（1/5） 生产成本为（1/2）且更多的产出来源于石油中的生物质

複相催化具有广泛的用途。它可替代多相和均相催化。同时，它也会从本质上改变燃烧动力，因而对动能机械影响很大，像飞机，火车，轮船及其它大型运输工具。因为它可解决加速度和长距离巡航问题。另外，它可降低多种物质的临界点。这将极大的有利于核反应炉，超临界萃取，地下油砂的开采。

## 氧化还原催化反应

通过金属氧化物中金属元素的变价（氧化还原循环）来加速反应速率的催化作用。

## 参考

* Science Aid: Catalysts Page for high school level science
* W.A. Herrmann Technische Universität presentation （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Alumite Catalyst, Kameyama-Sakurai Laboratory, Japan （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Inorganic Chemistry and Catalysis Group, Utrecht University, The Netherlands （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Centre for Surface Chemistry and Catalysis （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Carbons & Catalysts Group, University of Concepcion, Chile （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Center for Enabling New Technologies Through Catalysis, An NSF Center for Chemical Innovation, USA （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* "Bubbles turn on chemical catalysts" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Science News magazine online, April 6, 2009.
# 化学键

路易斯結構表示**碳**（Ｃ）、**氫**（Ｈ）以及**氧**（O）在**水**（water）、**乙烯**（ethylene）、**乙炔**（acetylene）之間的化學鍵關係。
**化學鍵**（英語：Chemical Bond）是一種粒子間的結合模式，其中粒子可以是原子或离子。透過化學鍵，粒子可組成多原子的化學物質。鍵由兩相反電荷間的電磁力引起，電荷可能來自電子和原子核，或由偶極子造成。化學鍵種類繁多，其能量大小、鍵長亦有所不同。

在原子中，帶負電、繞原子核運行的電子與核內帶正電的質子互相吸引，而位於兩原子核之間的電子則皆受兩方吸引。因此，原子核和電子間最穩定的組態，是當電子位處兩原子核間之時。這些電子使原子核能夠彼此相吸，形成所謂的化學鍵。然而，化學鍵並不能減少個別粒子所構成的體積。由於電子的質量較小且具有物質波性質，它們相較於原子核而言佔據了極大部分的體積，使原子核之間距離較遠。

一般而言，強化學鍵的形成伴隨著原子間電子的共用或轉移。分子、晶體、金屬和雙原子氣體。

## 化學鍵的類型

化學鍵有強與弱之分。一般較強的化學鍵有離子鍵及共價鍵。分子内部共价键可以很强，而多原子分子之间共價鍵强度则与各原子的相互角度有关。

化合物的化學鍵類型，也會影響其物理性質，例如：熔點、沸點等。在高分子中它作為分子内部的力出現。

### 離子鍵

阳離子、阴離子通過靜電作用形成的化學鍵稱作**離子鍵**。兩個原子間的電負性相差極大時，一般是金屬與非金屬，例如：氯與鈉，若他們要結合，電負性大的氯會從電負性小的鈉搶走一个電子，以符合八隅體。之後氯會以-1價的方式存在，而鈉則以+1價的方式存在，兩者再以库仑靜電力因正負相吸而結合在一起。離子鍵可以延伸，理想的離子化合物中並無分子結構。然而實際上，由於離子間總有極化作用的發生，所以離子之間的電子雲並不可能完全無重疊，因此離子化合物總是帶有一部份共價性。

離子鍵亦有強弱之分。其強弱影響該離子化合物的熔點、沸點和溶解性等性質。離子鍵越強，其熔點越高。離子半徑越小或所帶電荷越多，阴、阳離子間的作用就越強。例如鈉離子 WIKINIUM\_MATH\_PH\_0 的微粒半徑比鉀離子 WIKINIUM\_MATH\_PH\_2 的微粒半徑小，電荷密度大，則氯化鈉 WIKINIUM\_MATH\_PH\_4 中的離子鍵較氯化鉀 WIKINIUM\_MATH\_PH\_6 中的離子鍵強，而氯化鈉的熔點比氯化鉀的高。

#### 離子化合物

根據化合物中所含化學鍵類型的不同，把含有離子鍵的化合物稱爲**離子化合物**（**ionic compound**），鹼類（如 WIKINIUM\_MATH\_PH\_8 ）、大多數鹽類（如 WIKINIUM\_MATH\_PH\_10 ）（其中BeCl2，AlCl3为共价）、大多數金屬氧化物（可理解为活泼金属氧化物）（如 WIKINIUM\_MATH\_PH\_12 ）都是離子化合物。離子化合物中可能存在共價鍵，這與其定義並不矛盾（參看下文對**共价化合物**的定義），如 WIKINIUM\_MATH\_PH\_14 、 WIKINIUM\_MATH\_PH\_16 便是既具有共價鍵又具有離子鍵的離子化合物。

### 共價鍵

原子間通過共用電子形成的化學鍵，叫做**共價鍵**。它通過兩個電負度相近的原子，例如兩個氧，互相共用其外圍電子以符合八隅體的鍵結方式結合，因此也有人說這是非金屬原子間的結合方式。而共價鍵有鍵角及方向的限制，因此不能隨意延伸，也就是有分子結構。共價鍵廣泛存在于氣體之中，例如氫氣、氯氣、二氧化碳。有些物質如金剛石，則是由碳原子通過共價鍵（巨型共價結構）形成的。共價鍵又可分爲非極性共價鍵與極性共價鍵，以及配位鍵。

#### 共價化合物

**只**含有**共價鍵**的化合物稱爲**共价化合物**（**covalent compound**），如 WIKINIUM\_MATH\_PH\_18 （在溶液中會成為 WIKINIUM\_MATH\_PH\_20 及 WIKINIUM\_MATH\_PH\_22 ）、 WIKINIUM\_MATH\_PH\_24 、 WIKINIUM\_MATH\_PH\_26 、 WIKINIUM\_MATH\_PH\_28 、 WIKINIUM\_MATH\_PH\_30 等。因此根據其定義，共价化合物中肯定不存在離子鍵。共價鍵鍵能強，但由于分子間作用力較弱，通常具有低熔沸點特性。

#### 極性共價鍵

**極性共價鍵**是在化合物中，不同種的原子形成的共價鍵，由於兩個原子吸引電子的能力不同，共用電子對必然偏向吸引電子能力較強的原子一方，因而吸引電子能力較弱的原子一方相對的呈正電性。叫做極性共價鍵(polar covalent)，簡稱極性鍵。

#### 非極性共價鍵

**非極性共價鍵**是在單質分子中，同種原子形成共價鍵，兩個原子吸引電子的能力相同，共用電子對不偏向任何一個原子，因此成鍵的原子都不顯電性。叫做非極性共價鍵(nonpolar covalent)，簡稱非極性鍵。

### 金屬鍵

**金屬鍵**則是金屬原子間的鍵結方式，金屬陽離子通過與帶負電的電子間的庫侖靜電力，金屬原子間共用遊走於空價軌域的電子海，而結合成穩定態，因此金屬有很高的延展性，且有很高的熔點（汞除外），並無分子結構。

## 键断裂

在一般情況下，有鍵裂解分兩種情況：均等分裂和不均等分裂，並因為過程的特性而有所不同。

均等分裂中，兩產物斷開共價鍵後兩者之間的電子平分。

不均等分裂中，斷裂後電子會偏好留在某一產物上。

“鍵解離能”指的是能量的裂解化學鍵所需的能量。

在生物化學打破大分子的過程（通過拆解其內部能量）的分解代謝。

酶的催化鍵裂解被稱為裂合酶，而它們通過水解或氧化/還原，所以亦可稱為水解酶和氧化還原酶。

## 分子轨道理论

科學家認為「電子」是以一種稱為費米子的型態存在於物質空間之中，電子在原子之中時是以不同能階的原子軌域（Atomic Orbital）存在，氫原子光譜的實驗就是電子在不同能量原子軌域間存在的證明，由此可更進一步的推廣多電子原子的原子軌域，以及原子和原子形成分子的分子軌域理論（Molecular Orbital Theory）之理論模型，最後再利用量子化學中數學形式的條件限制，探討與解釋電子存在空間中的情況。

由微觀世界的眼光看來，分子所存在的空間即是其電子密度分佈所佔據的空間，化學家定義連結原子和原子成為分子的作用為「化學鍵」，以量子化學的觀念看來，化學鍵的形成主因是由於原子軌域的相互重疊，使得原有的軌域能階分佈改變，因而形成能量較穩定的分子軌域，也因此最直接影響化學鍵的形成因素就是電子密度的重新分佈。

利用電子密度之分佈可以找出兩個相鄰原子間電子密度極大值，其電子密度極大值的連線便是原子間化學鍵鍵結之路徑，進一步的利用原子間電子密度極大值的等位面加以分別原子所佔有的區域，可以界定出原子位於分子中所佔據的空間大小。

* 離子鍵
* 金屬鍵
* 共價鍵
* 氢键
* 巨型共價結構
* 微型共價結構

* 簡單化學鍵結構概念 （页面存档备份，存于互联网档案馆），賴亭吟著寫、陳藹然責任編輯，國科會高瞻計畫資源平台。
*  （页面存档备份，存于互联网档案馆） Chiu Integraded Science)
# 高分子科學[编辑]

聚乙炔的球棍模型
**聚合物科學**（英語：Polymer science），或稱**高分子科學**，是研究聚合物的材料科學的分支，研究对象主要为塑膠及彈性體（橡胶）等聚合物，有时也包括生物高分子，例如蛋白质、脱氧核糖核酸（DNA）等。高分子科學是一门交叉学科，研究者可以來自物理、化學、生物学及工程學等各種不同的領域。

## 歷史

### 19世纪

1830年代，法国化学家布拉科諾、德国化学家尚班等人首次對高分子進行了现代科学意义的研究。他们以天然高分子纖維素為原料，製造出了賽璐珞、醋酸纖維素等半合成材料。 “聚合物”（Polymer）一詞由瑞典化学家貝採利烏斯在1833年所提出。

1840年代，德国化学家吕德斯多夫和美国商人海沃德分別獨立發現了天然橡膠的硫化反应，即在聚異戊二烯中加入硫后，前者的黏度会大幅增加。随后，美国商人古德伊尔在1844年獲得了通過加熱橡膠以及向其中添加硫从而使其硫化的專利，英国工程师漢考克也在一年前於英國获得了该项專利。天然橡膠經過硫化處理後可以在保留彈性的同時提高耐熱性，使得一些实用产品例如防水物件的生产制造成為可能，从而促進了橡膠产业的发展。硫化橡膠也是第一個成功商品化的高分子研究產物。

1884年，法国工程师夏敦内開辦了第一家以再生纖維素和嫘縈為原材料的人造纖維工廠。這種纖維被用作絲綢的替代品，但是它非常易燃。

### 20世纪上半叶

1907 年，比利时化学家贝克兰發明了第一个化学合成的高分子——熱固性酚醛樹脂，俗称電木。
儘管当时聚合物合成领域進步得相當迅速，但直到1922年德国化学家施陶丁格的研究後，人们才了解到这些材料作为高分子聚合物的本质。
在他之前，聚合物一直被視為小分子关联或聚集而形成的产物，源自於1861年苏格兰化学家格雷姆的假設，即认为這些纖維和其他的聚合物本质上都是膠體，由大量小分子與分子之間未知的分子內的力量聚合而成。施陶丁格是第一次提出了聚合物是由原子藉由共價鍵形成長鏈高分子的假設。在施陶丁格數十年的努力后，他的高分子理论才在科學界廣泛的被接受，並且讓他在1953年獲得了諾貝爾化學獎。

### 二战及战后

第二次世界大戰造就了商業化的聚合物工業的時代。太平洋战争期间，由于絲綢或是橡膠等天然材料的供应在美国受到限制，刺激了聚合物合成的产业的发展，诸如尼龍
和合成橡胶 等合成高分子材料的產量得到大幅提升。同时，其他高分子材料如克維拉、特氟龙等的发展继续推动着不断增长的聚合物工业。

工業需求的擴大，進而促使了高分子學術项目以及研究機構的建立。1946年，奥地利裔美国化学家赫爾曼在布魯克林理工學院（今纽约大学坦登工程学院）建立了“高分子研究所”（Polymer Research Institute），是為美國第一個专注于聚合物的研究机构，日后赫爾曼也被認為是聚合物科學的課程與教學之父。
1950年，美國化學學會成立了聚合化学分會，並且逐渐成為了擁有近八千名会员的第二大部門。

| 与高分子科学相关的诺贝尔奖
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| 年份
 | 奖项
 | 获奖者
 | 國家
 | 获奖原因
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| 1953年
 | 化学
 |  | 赫尔曼·施陶丁格
 |  西德
 | 在高分子化学领域的研究发现
*for his discoveries in the field of macromolecular chemistry* |
| 1963年
 | 化学
 |  | 卡尔·齐格勒
 |  西德
 | 在高聚物的化学性质和技术领域中的研究发现
*for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers* |
|  | 居里奥·纳塔
 |  義大利
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| 1974年
 | 化学
 |  | 保罗·弗洛里
 |  美国
 | 高分子物理化学的理论与实验两个方面的基础研究
*for his fundamental work, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of macromolecules* |
| 1991年
 | 物理学
 |  | 皮埃尔-吉勒·德热纳
 |  法國
 | 发现研究简单系统中有序现象的方法可以被推广到比较复杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究中
*for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers* |
| 2000年
 | 化学
 |  | 艾伦·黑格
 |  美国
 | 发现和发展了导电聚合物
*for their discovery and development of conductive polymers* |
|  | 艾伦·麦克德尔米德
 |  美国  新西兰
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|  | 白川英树
 |  日本
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| 2002年
 | 化学
 |  | 约翰·贝内特·芬恩
 |  美国
 | 发展了对生物大分子进行鉴定和结构分析的方法，建立了软解析电离法对生物大分子进行质谱分析
*for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules [...] for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules* |
|  | 田中耕一
 |  日本
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|  | 库尔特·维特里希
 |  瑞士
 | 发展了对生物大分子进行鉴定和结构分析的方法，建立了利用核磁共振光谱来解析溶液中生物大分子三维结构的方法
*[...] for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution* |
| 2005年
 | 化学
 |  | 伊夫·肖万
 |  法國
 | 发展了有机合成中的复分解法
*for the development of the metathesis method in organic synthesis* |
|  | 罗伯特·格拉布
 |  美国
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|  | 理查德·施罗克
 |  美国
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## 学科分支

高分子科学包含以下分支:

* 聚合物化學，又稱高分子化學，涉及聚合物的合成以及其特性。
* 聚合物物理，涉及高分子材料的物理性質以及其工程應用。
* 聚合物表征，涉及對聚合物化學結構与形態的分析，判斷不同組成和結構對其物理性質的影響。

## 參考文獻

* 高分子科學學術期刊（页面存档备份，存于互联网档案馆）
# 聚合物工程

**聚合物工程**（英語：polymer engineering）是一個主要針對聚合物材料進行設計、分析或改良的工程學領域。聚合物工程涵蓋了石化工業、聚合反應、結構與性質以及混摻、加工與應用等面向。

## 材料

聚合物基本上有熱塑性、彈性體和熱固性等分類，其各自的應用領域也有所不同。

## 應用

* 塑料工程
* 聚合物科學
* 聚合物
* 醫療級矽膠

## 參考文獻

## 參考書目

* Lewis, Peter Rhys, and Gagg, C, *Forensic Polymer Engineering: Why polymer products fail in service*, Woodhead/CRC Press (2010).

* Polymer Structures
# 摩擦学

**摩擦学**（英語：tribology）也稱為**磨潤學**，是研究运动表面之间相互作用机理及相关问题和实践的一门理论与技术，主要研究摩擦、磨损和润滑等三个方面。摩擦学是力学的分支。

## 摩擦学的意义

现代生活不能缺少许多有益的摩擦，但是并不是所有的摩擦都能为人们所利用，仍有许多摩擦会造成严重的影响。事实上，摩擦消耗和浪费了大量人类通过各种途径释放出的能量。同时，人类必须投入大量的生产力以取代因磨损而报废的大量设备和器物。因此，人们需要通过摩擦学来系统地研究如何克服那些由过度摩擦或磨损而导致的不便。
# 人类生物学

**人类生物学**（英語：human biology）是一个跨学科的学术研究领域，通过遗传学、演化生物学、生理学、解剖学、流行病学、人类学、生态学、营养学、群体遗传学和社会文化影响等诸多不同领域以及这些领域之间的相互作用来研究人类。它与生物医学、生物人类学和其他与人类功能各方面相关的生物学领域密切相关。直到20世纪，生物老年学家、《人类生物学》期刊的创始人雷蒙德·珀尔才开始使用“人类生物学”一词来描述生物学一个单独的子领域。

人类生物学也可以用来描述人体的所有生物方面，通常将人体作为哺乳动物的模式生物来研究。在此背景下，它是许多本科学位与项目的基础。

人类生物学的大多数方面与一般哺乳动物生物学相同或非常相似。这种相似性的例子包括：

* 人类能够保持体温
* 人类具有内骨骼
* 人类具有循环系统
* 人类具有神经系统来提供感觉信息并操作和协调肌肉活动
* 人类具有生殖系统可以在分娩时直接诞下幼崽并分泌乳汁
* 人类具有内分泌系统以调节激素和其他生化信号剂
* 人类具有呼吸系统以将空气吸入肺部并用氧气来产生能量
* 人类具有免疫系统来预防疾病
* 人类以尿液和粪便的形式排出废物

## 典型人类特征

人类与其他哺乳动物的显著不同之处是人类生物学研究的关键方面。

人类的头部有一个相对体型而言体积非常大的大脑。这个巨大的大脑具有许多独特的特征，包括能够发展复杂语言以及拥有制造和使用一系列复杂工具的能力。

直立姿势和双足行走并不是人类独有的，但人类是唯一几乎完全依赖这种运动方式的物种。这导致了人體骨架结构的显著变化，包括骨盆、股骨以及头部的关节。

人类寿命与大多数其他哺乳动物相比十分长，发达国家的平均死亡年龄接近80岁。人类也拥有所有哺乳动物中最长的童年期，性成熟平均需要12至16年。

人类缺乏皮毛。虽然人类有残留的细毛覆盖，这在某些男性中可能更发达，并且在头部、腋窝和阴部有局部毛发覆盖，但从御寒角度而言，人类几乎是赤身裸体。这其中的原因仍然存在很大争议。

人眼可以看到有颜色的物体，但不能很好地适应弱光条件。尽管人类存在嗅觉和味觉，但相对不如其他多数哺乳动物。人类的听力很有效，但缺乏其他一些哺乳动物的敏锐度。同样，人类的触觉也很发达，特别是在执行灵巧任务的手上，但灵敏度仍然明显低于其他一些动物，特别是猫之类拥有感觉毛的动物。

## 科学研究

人类生物学作为一门学科试图理解和促进对人类作为一种生命的研究。它利用实验、观察等科学方法，详细描述人类生命的生物化学和生物物理基础，并系统阐述其中的过程。作为一门基础科学，它为医学提供了知识基础。其子学科包括解剖学、细胞生物学、组织学与形态学等。

## 医学

人类大脑的能力和人类制造与使用工具的灵巧性使人类能够通过科学实验来了解自身的生物学，包括使用解剖、尸检、预防医学等手段，而这反过来又使人类能够通过了解和减轻疾病的影响而延长寿命。

对人类生物学的了解促进了对哺乳动物生物学以及所有生物体生物学的更广泛了解。

## 营养学

人体所需要的营养是典型的哺乳动物杂食性营养，需要碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素和矿物质的均衡摄入。然而，人类饮食还有一些非常特殊的需求。其中包括α-亚麻酸和亚油酸两种特定的氨基酸，没有它们的话生命从中长期而言是不可持续的。所有其他脂肪酸都可以从膳食脂肪中合成。同样，人类需要一系列维生素，如果这些维生素缺失或摄入量过低则会导致代谢紊乱，最终可能导致死亡。人类的新陈代谢与大多数其他哺乳动物相似，只是需要摄入维生素C以预防坏血病和其他缺乏症。与其他许多哺乳动物中不同的是，人类可以利用来自太阳的自然紫外线照射皮肤来合成维生素D3。这种能力在哺乳动物世界中可能很普遍，但很少有其他哺乳动物与人类一样拥有几乎裸露的皮肤。人的皮肤越黑，它产生的维生素D3就越少。

## 其他生物

人类生物学的研究对象还包括所有生活在人体上或体内的生物。此类生物包括寄生昆虫（如跳蚤和蜱虫）、寄生虫（如肝吸虫）、细菌与病毒病原体等。与人类生物学相关的生物包括许多大肠中的专门生物群落以及皮肤、咽部和鼻部区域的生物菌群。许多这些生物组合可以保护人类免受伤害并有助于消化，并且现在已知它们对人类情绪和幸福感有复杂的影响。

## 社会行为

所有文明中的人类都是社会动物，并使用他们的语言以及制造工具的技能进行交流。

这些沟通技巧使文明得以发展，并为艺术、文学和音乐的生产以及技术的发展提供了条件。所有这些都完全取决于人类的生物学特殊性。

这些技能使得人类能够主宰陆地生物群系，但这种发展却损害到了大多数其他物种。
# 真菌學

蘑菇是一種真菌有性生殖的結構
**真菌學**（英語：Mycology，源自希腊语μύκης）是研究真菌的學門，探討真菌的遺傳學、生物化學或是分類學，以及真菌對人類的用途等，包括火種、医药（如青霉素）、食物（如蘑菇、奶酪及酒）及宗教致幻劑等，以及它們的危險，如中毒或真菌感染。專門從事真菌學研究的生物學家被稱為**真菌學家**（Mycologist）。

研究植物病害的學門植物病理學是真菌學的分支領域之一，絕大多數的植物病原體皆是真菌。

## 概要

在历史上，真菌學是植物學的一個分支，這是因為真菌曾經被歸類為植物。現在已知真菌演化上的親緣關係較接近的是動物而不是植物，直到幾十年前這是未被識別的。先驅真菌學家包括伊利阿斯·马格努斯·弗里斯，克里斯蒂安·亨德里克·珀森，安東·德·巴里，Elizabeth Eaton Morse，Lewis David de Schweinitz等。《小兔彼得的故事》的作者碧雅翠絲·波特也對該領域做出了重大貢獻 。

許多真菌產生毒素，抗生素和其他次生代謝產物。例如，Abraham Joffe 廣泛研究了世界分布的鐮孢菌屬及其與人類致命性消化道毒性白斑病爆發相關的毒素。

真菌在地球上的生命中作为它们的共生生物的角色中是基本的，例如以菌根的形式，昆虫共生，和地衣。许多真菌能够分解复杂的有机生物分子，例如在木材中的更持久成分木质素，和污染物，例如异生物质，石油，和多环芳香烃。通过分解这些分子，真菌在全球碳循环中起到关键作用。

某些真菌能够引起人类或其他生物的疾病。致病真菌的研究稱為醫用真菌學（medical mycology）。

## 真菌學和藥物發現

幾個世紀以來，某些蘑菇在中國、日本和俄羅斯已被記錄為民間藥物。 儘管蘑菇在民間醫學中的使用主要集中在亞洲大陸，但世界其他地區（如中東、波蘭和白俄羅斯）的人們也有將蘑菇用於藥用的記錄。

蘑菇在暴露於紫外線 (UV) 時會產生大量維生素D。 青黴素、環孢素、灰黃黴素、頭孢菌素和裸蓋菇素是從黴菌或其他真菌中分離出來的藥物的例子。

## 参看

* 真菌学家列表
* 真菌学期刊列表
* 致病真菌

## 參考文獻

* Elias Magnus Fries, *Systema mycologicum* (1821) [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Hawksworth, D. L. Mycologist's Handbook. (1974) Kew: U.K., CAB International.

* 專業組織
	+ （英文）BMS: 英國真菌學會 （页面存档备份，存于互联网档案馆） (英國)
	+ （英文）MSA: 美國真菌學會 （页面存档备份，存于互联网档案馆） (北美洲)
# 营养[编辑]

美国食品药物管理局公布的营养成分表
**營養素**（英語：nutrient）又称**營養成分**、**養分**、**營養**，指食物中包含的热量及其他有利健康的成分。營養學是解釋食物中營養素和其他物質與生物體的維持，生長，繁殖，健康和疾病相互作用的科學。人以及多數動物摄入食物以获得足够的营养素；摄取食物後，经过消化、吸收、代谢，利用食物中身体需要物质（养分或养料）以维持生命活动。通过适当的摄入营养可以免去很多疾病。

營養素可分为需求量较大的宏量营养素和需求量较小的微量营养素。其中宏量营养素包括碳水化合物、脂质、纤维素、蛋白质以及水；微量营养素包括矿物质和维生素，而維生素又可細分為脂溶性維生素與水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素包括有：維生素A、D、E、K；水溶性維生素則包括有：維生素B1、B2、B6、B12以及菸鹼酸、葉酸、維生素C。

宏量营养素，除纤维素和水之外，主要为人体提供能量，以焦耳或者卡路里来衡量。每克碳水化合物或蛋白质提供4千卡能量，每克脂肪提供9千卡能量。其他营养素，包括纤维素、水、矿物质和维生素，不提供能量，但在机体的生理活动中具有重要的作用。

## 六大營養素

### 碳水化合物

碳水化合物，又称醣類，是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称，一般由碳、氫與氧三種元素所組成，廣布于自然界。醣類的另一個名稱为“碳水化合物”，其由來是根据生物化学家先前發現一类物质可写成经验分子式：Cn(H2O)n，其氢与氧元素的比例始终为2:1，故以为醣類是碳和水的化合物；但后来的发现证明了许多糖类并不符合上述分子式，如：鼠李醣（C6H12O5）；而有些物質符合上述分子式却不是糖类，如甲醛（CH2O）等。醣類為人體之重要的營養素，主要分成三大類：單醣、雙醣和多醣。單醣和雙醣是分子量較小的碳水化合物，因具甜味常簡稱為“糖”；例如葡萄糖和果糖是單醣，蔗糖、麥芽糖和乳糖是雙醣，五者均可作甜味劑。單醣是人體吸收的主要醣類單位；此外，還有寡糖為三碳醣~十碳醣，超過十碳醣稱為多醣。

糖类在生物体上扮演著众多的角色，像多醣可作为儲存養分的物質，如澱粉和糖原；或作为動物外骨骼和植物細胞的細胞壁，如：甲殼素和纖維素；另如五碳醛醣的核糖是構成各種輔因子的不可或缺失之物質，如ATP、FAD和NAD）也是一些遺傳物質分子的骨幹（如 DNA和 RNA）。醣類的眾多衍生物同時也與免疫系統、受精、預防疾病、血液凝固和生長等有極大的關聯。在食品科學和其他非正式的場合中，碳水化合物通常是指：富有澱粉（如五殼類、麵包或麵食）或簡單的醣類的食物（如食糖）。

### 蛋白質

蛋白质是一种由氨基酸分子组成的有机化合物。蛋白质的氨基酸序列是根据对应基因进行编码的。除了遗传密码中20种标准氨基酸。多个蛋白质可以形成稳定的蛋白质复合物并发挥某一特定的功能。酶是最常见的蛋白质，对于生物体的代谢非常重要。

### 脂质

一個典型的食用脂质分子由數個脂肪酸（包含長碳氫鏈）組成，與甘油結合。代表性的為三酸甘油脂（三個脂肪酸附到甘油上），脂肪酸可依所包含不同細微構造而被分成飽和與不飽和。飽和脂肪酸碳鏈上所有的碳都和氫原子結合，而不飽和脂肪酸有一些碳原子之間的連接是雙鍵。所以他們分子中，相對於同樣長度的飽和脂肪酸含較少氫原子。不飽和脂肪酸可以再進一步被分為單元不飽和脂肪酸（只有一個雙鍵）和多元不飽和脂肪酸（多個雙鏈）。

### 礦物質

礦物質，又稱為無機鹽及膳食礦物質，除了碳、氫、氮和氧之外，也是生物必需的化學元素之一，也是構成人體組織、維持正常的生理功能和生化代謝等生命活動的主要元素，約佔人體體重的4.4%。它們可以是巨量礦物質（需求相對比較大）或微量礦物質（需求較小）。他們可以自然地存在於食物中，或是以元素或礦物形式地被添加入食物，例如碳酸鈣或氯化鈉；有部分添加物為自然來源，例如牡蠣殼。有時礦物質會被加入食物以外的飲食裡，因為維生素和礦物質補充，和在食土病裡，稱為「異食癖」或「食土症」。

適當地吸取一定程度的每種食用礦物質是有必要持續去維持身體的健康。而過量吸取食用礦物質可能會導致直接或間接的病症，歸咎於身體裡礦物質程度之間的競爭特性。例如，大量的鋅並不有害於它自己，但卻會導致銅的不足（除非補償，按照老年眼疾研究計劃裡指出）。有媒體報導稱，物體接觸礦物質含量過高的井水後，會在物體表面形成薄膜，經長時間暴曬，薄膜會變成堅硬的外殼，即「石化」。

不同地理學地區的土壤含有不同數量的礦物質。

### 維生素

維生素是生物體所需要的微量營養成分，而一般又無法由生物體自己生產，需要通過飲食等手段獲得。

維生素不能像醣類、蛋白質及脂肪那樣可以產生能量，組成細胞，但是它們對生物體的新陳代謝起調節作用。缺乏維生素會導致嚴重的健康問題；適量攝取維生素可以保持身體強壯健康；過量攝取維生素卻會導致中毒。

維生素分為兩種，水溶性維生素和脂溶性維生素。「水溶性維生素」易溶於水而不易溶於非極性有機溶劑，吸收後體內貯存很少，過量的多從尿中排出，且容易在烹調中遇熱破壞；「脂溶性維生素」易溶於非極性有機溶劑，而不易溶於水，可隨脂肪為人體吸收並在體內儲積，排泄率不高。每一種維生素通常會產生多種反應，因此大多數維生素都有多種功能。

人體一共需要13種維生素，其中包括4種脂溶性維生素（維生素A，D，E，K）和9種水溶性維生素（8種維生素B，維生素C）。

### 水

水有利於部分生物化學反應的進行，如動物的消化作用及植物的光合作用。在生物體內還起到運輸及溶解物質的作用，如血液中的血漿絕大部分都是水，有助於體內傳輸營養及氧。由於水可以透過蒸發而降低溫度，因此水對於維持生物體溫度的穩定起很大作用，如動物的汗液及植物的蒸騰作用。

## 常見營養指標

當前常見的營養指標包括美國國家醫藥局（英語：Institute of Medicine）制訂的「膳食營養素參考攝取量（英語：Dietary Reference Intakes，DRIs）」；這套指標包括以下數項：

* 每日营养建议摄入量（英語：recommended daily allowance，RDA）；
* 平均需要量（英語：estimated average requirements，EAR）；
* 适宜摄入量（英語：adequate intake，AI）；
* 可耐受最高摄入量（英語：tolerable upper intake levels，UL）。

## 參考資料

## 參考書籍

* 《公共营养师（基础知识）》

* 自由基
* 抗氧化剂
* 日本食品標準成分表
* 臨床營養學
* 中国居民膳食营养素参考摄入量
# 结构生物学[编辑]

**结构生物学**（Structural biology）是分子生物学、生物化学和生物物理学的分支学科，其研究涉及生物大分子（如蛋白质的分子和核酸的分子）的三级结构（tertiary structure）（包括构架和形态）、它们是如何获得它们的结构、它们的结构改变如何影响其功能。

生物学家对该主题非常感兴趣，因为大分子实现了细胞的大多数功能，并且只有通过卷绕成特定的三维形状才能实现这些功能；这种结构是分子的“三级结构”，它以复杂的方式依赖于每个分子的基本组成或“一级结构”（Primary structure）。

## 研究方法

血红蛋白，红血球中发现的氧气运输蛋白质
蛋白质数据库（PDB）中蛋白质结构的一些例子。
由于生物大分子的直径一般为数个纳米到数百个纳米，即使用最先进的光学显微镜也因为太小而无法进行观测。因此结构生物学家发展了各种方法来研究生物大分子的结构。目前用于研究生物大分子三维结构常用的实验手段包括：

* 质谱法
* X射线晶体学
* 蛋白质核磁共振光谱法（NMR）
* 电子自旋共振 （EPR）
* 蛋白酶解
* 低温电子显微镜
* 原子力显微镜
* 小角散射
* 多角度光散射
* 超快激光光谱学
* 双极化干涉仪，和圆二色性

所有的这些研究方法都有其优点和缺陷，不同的研究对象需要采用不同的方法。如核磁共振光谱学比较适合研究小分子量（通常小于20kDa）的蛋白和蛋白相互作用位点的信息，而电子显微学比较适合研究超大分子量蛋白复合物（通常远大于100kDa）甚至亚细胞器的结构；因此往往需要通过结合不同的方法来互补。

在过去的几年中高度精确的物理分子模型已经成为可能，以补充在生物结构的在硅片的研究。这些模型的实例可在蛋白质数据库（PDB）中找到。

## 相关的诺贝尔奖

* 佛朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在DNA分子的结构研究上的贡献而获得了1962年诺贝尔生理学和医学奖；
* 马克斯·佩鲁茨和约翰·肯德鲁因为利用X射线晶体学研究了肌红蛋白的三维结构而获得了1962年诺贝尔化学奖；
* 多萝西·克劳福特·霍奇金因为通过X射线晶体学确定了一些重要生化物质的结构而获得了1964年诺贝尔化学奖；
* 亚伦·克拉格因为在利用电子晶体学测定生物物质的结构方面的贡献而获得了1982年诺贝尔化学奖；
* 赫伯特·豪普特曼和杰罗姆·卡尔勒因为在测定晶体结构的直接方法上的贡献而获得了1985年诺贝尔化学奖；
* 约翰·戴森霍費尔、罗伯特·胡贝尔和哈特姆特·米歇尔因为在解析光合作用中心的三维结构上的贡献而获得了1988年诺贝尔化学奖；
* 保罗·博耶和约翰·沃克因为在研究ATP酶结构方面的贡献而获得了1997年诺贝尔化学奖；
* 库尔特·维特里希因为发明了利用多维核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法而获得了2002年诺贝尔化学奖；
* 罗德里克·麦金农由于在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面的贡献而获得了2003年诺贝尔化学奖；
* 罗杰·科恩伯格因为在真核转录的分子基础研究上的贡献而获得了2006年诺贝尔化学奖；
* 文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·施泰茨和阿达·约纳特由于对核糖体结构和功能方面的研究而获得了2009年诺贝尔化学奖；
* 罗伯特·莱夫科维茨和布莱恩·科比尔卡由于对G蛋白偶联受体的研究而获得了2012年诺贝尔化学奖；

* 生物物理学
* 生物化学
* 结构基因组学
* 立体化学
* X射线晶体学
* 核磁共振波谱法
* 电子显微学
* 三维结构
* 蛋白质结构预测
* 施一公