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2019年國際元素週期表年活動簡介

 


文/邱美虹

2017年由聯合國(UN)公佈2019為「國際元素週期表年」(International Year of Chemical Elements of Periodic Table, IYPT)，藉此表彰化學對人類文明發展的貢獻，並慶祝俄羅斯化學家門得列夫（Dmitri Mendeleev）所提出之元素週期表150週年。國際上為慶祝這重要的科學貢獻，世界各國化學會及各團體組織都積極的辦理各項與週期表相關的慶祝活動。臺灣為國際純化學與應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)會員，為響應這次的國際化學界盛會，在許多單位的共同規劃下，將有一連串多元的年度性慶祝活動，藉由各層面的多元活動，讓全國民眾能瞭解化學與生活之間密不可分的關係，並促進社會大眾更加關注社會上的科學議題，以期提升全體國民之科學素養。

 前言

俄國科學家門得列夫於1869年透過分析63張寫上元素名稱的紙牌上元素的性質，發現化學元素週期性，並透過其週期律預測當時尚未發現的元素，讓科學家瞭解眾多元素間有系統的規律性以及預測力，開創科學基礎研究的新里程碑。當年門得列夫預測三個未知元素的原子量和性質，他以類硼(eka- boron)、類鋁(eka-aluminum)和類矽(eka-silicon)來命名這三個元素。這些元素後來分別在1875年(gallium, Ga, 鎵)、1879年(Scandium, Sc, 鈧)、和1886年(germanium, Ge, 鍺)被證實是存在的，且性質和位置都準確無誤。門得列夫並不是第一位提出元素間具週期性概念的科學家，但是他的週期表與其他較為保守的科學家所建立的週期表最主要的不同是它更具解釋力與預測力，因而奠定他在科學史上的崇高地位。門得列夫曾說：「我因為懷著一個有確切目標的意識，不斷研究、不斷努力的結果才有了那個夢。」，這種鍥而不捨的研究態度與精神，足以作為後代科學家反覆提醒自己的典範。2019年是門得列夫提出元素週期表的第150週年，許多國家都以辦理不同形式的元素週期表活動來緬懷這位偉大的科學家，紀念他發現的元素週期律及其所展現的強大預測力，使當時的科學得以在一片混沌中找到曙光為科學發展開創嶄新的一頁，這位終身未獲得諾貝爾獎肯定的科學家，卻為科學界留下不可抹滅的功績(見圖1)。

圖1. 門得列夫及其元素週期表

 國際IYPT活動

IYPT開幕式於2019年1月29日在法國巴黎聯合國教科文組織 (UNESCO) 總部舉辦，共有來自世界各地的科學家和學會代表700多人參加。IYPT的主要目的是希望透過引起世人重視元素週期表發現的歷史脈絡、科學發展與元素的密切關係、元素在生活上的價值以及稀缺元素(endangered elements)的影響等議題。同時也藉此指出2019年是IUPAC成立100年(IUPAC100)，IUPAC將進行各項活動，以彰顯化學家對全球環境議題的關懷與努力與對社會的責任。作者有幸擔任IYPT Management Committee委員，受UNESCO邀請出席開幕式，見證歷史的一刻(見圖2)。

圖2. 作者出席IYPT開幕式

IYPT活動主要是由IUPAC的成員組成，包括前理事長Natalia Tarasova教授和無機化學委員會前主任委員Jan Reedijk教授，和四位管理委員會委員(Chris Brett, Chris Ober, Lars Ohrstrom, 和作者)，分別曾任或現任IUPAC各委員會的主席。其他還有UNESCO代表和各科學委員會代表(如IUPAP、國際科學理事會/ISC、國際天文學會/IAU、歐洲化學會/EuChemS等)國際科學組織。臺灣的化學會也未缺席，是IYPT活動的贊助單位之一，以表共襄盛舉之意。

開幕式活動包括數場專題演講、現場動手做實驗活動、虛擬實境、擴增實境、以及來自於許多研究單位的展品，還有小朋友的1001夜的化學元素話劇和小小實驗活動，活動對象從小學生到科學從業人員，使參訪的人能有不同的收穫。專題演講中有2016年諾貝爾化學獎得主班．福林加(Ben Feringa，見圖3) 的Periodic Table for Society and the Future，演講內容從門得列夫的歷史道起，再以深入淺出的方式介紹元素在食衣住行醫學等方面的影響，並點出化學人必須對科學發現具有熱情(passion for discovery)才能做好研究。另外一位受邀講者是發現元素118的尤里．奧格奈西恩(Yuri Oganessian，見圖4)，以其化學研究與元素發現為主題(New comers in the Periodic Table)。還有Martyn Poliakoff 介紹歐洲化學會(EuChemS) 在今年年初(2019年1月25日)發布的稀缺元素（endangered elements）週期表(見圖5)，該週期表說明因人類過度使用化學元素而將於100年後瀕臨自然元素缺少的危機，希望藉此引起世人的重視。舉例來說，我們用的智慧型手機裡就有至少31種元素（圖5中有畫手機圖案者），根據調查EU每個月就有將近1,000萬手機在升級中，使得這些元素都將慢慢地在自然界中消失! 同理，也請別再用裝氦氣的派對氣球，氦氣最後會在空中散失，無法回收再利用。幾位國際重量級大師的演講分別點出化學對人類生活、醫藥、科技發展的重要貢獻外，也提醒世人要更珍惜有限的自然資源，幾場深度演講為當天的活動帶來高潮。

圖3. Ben Feringa，2016年諾貝爾化學獎得主


圖4. Yuri Oganessian發現元素118



圖5. 稀缺元素週期表 (上為英文版，下為中文版)


除此之外，大會還針對週期表118個元素向全世界徵求118位傑出年輕學者代表特定元素(臺灣大學化學系戴桓青教授榮獲代表元素原子序為15的磷，誠為臺灣之光!)(見圖6)，開幕式當天有來自五大洲獲獎的年輕化學家代表致詞，這種傳承的安排讓人可預見化學為人類帶來更長遠的未來與期待。

圖6. 年輕化學家週期表

大會還於現場展出一個現今最古老教學用的元素週期表掛圖(見圖7)，該週期表是維也納Lenior 和 Forster根據1885年當時已確認的元素所製作的，其中包括門得列夫在1869年所預測後又被證實的鎵(Ga，1875年發現)和鈧(Sc，1879年發現)都出現在此週期表上。圖7所示掛圖於1888年由St Andrews大學化學系Thomas Purdie教授從一本德國的目錄中採購而得。2014年由該校Dr. R. Alan Aitken 在清理上課教室時發現的，經與同仁Pilar Gil合作進行分析後確認屬門得列夫之週期表，此次有幸能看到真品，實在難得。

圖7. 最古老的元素週期表掛圖(1885年版)

除此之外，IUPAC還舉辦一項非常有挑戰性的「挑戰週期表」(Periodic Table Challenge)活動，希望全世界各地對元素具有好奇心或是想挑戰自己對化學元素認識多寡的人皆來參加挑戰，報名參加者可以自由選擇週期表上任何一個或多個元素作答，20個題目隨機由資料庫中抽取出來測試，第一階段答對12題 (即60%)者即可獲得IUPAC所提供的通過測驗證明書一紙，並取得進入第二階段製作影片或海報等作品參賽的資格，得獎者可以獲得諾貝爾獎得主簽名週期表一件。目前全世界參賽者上萬人，臺灣各地亦有多人參與，熱鬧滾滾。意者可上該網站試試身手，自我挑戰(見圖8)!



圖8. 元素挑戰活動參與人分布圖

最後，有一項相當有趣的學齡前孩童或小學低年級學童的實驗活動(1001 Inventions: Journeys from Alchemy to Chemistry，話劇表演等等，讓小朋友可以在輕鬆愉快的活動中認識化學、探索化學，這寓教於樂、向下扎根的做法令人佩服!

中國化學會(臺灣)非常重視IYPT，並積極參與國際性組職的活動。化學會贊助IUPAC國際元素週期表年的Logo也名列在IYPT大會手冊和IUPAC官方網站贊助單位之中，受到與會者的矚目與肯定。

 臺灣IYPT的慶祝活動

臺灣是IUPAC會員，長期參與IUPAC各項活動，此次更不能置身事外。作者除率領臺師大研究團隊積極參與規劃與執行相關活動外，還邀請中國化學會、中華民國科學教育學會、淡江大學科教中心、臺灣科學教育館、國立自然科學博物館、新北市課程發展中心、教育部化學學科中心、臺師大自然領域教學研究中心，共襄盛舉。活動內容除了民眾動手做科學實驗外，並增加元素海報展、元素方塊活動、光雕科學藝術投影，希望集合眾人之力將科學藝術與化學帶入科教館、科博館、和校園中。一方面慶祝這屬於國際性的科學活動，同時也藉此機會激起社會大眾對於科學的價值與其正負面影響的認識，並達到科普傳播的目標。此處先行介紹整體規劃，未來期待在年底時可再就完成的活動做一完整的報導。

 整體活動對象 

此次規畫活動的對象可分為三個層面：

1. 對於一般民眾
科教館與科博館將規劃與辦理相關展覽活動，讓民眾能對元素週期表有較深入的認識；淡江科教中心則辦理貼近大眾的打卡活動，讓化學融入每個人的日常生活中；而臺師大團隊將製作大型元素方塊週期表，從不同的角度來呈現週期表元素的性質與應用面，並結合光雕投影和動手做活動來認識化學元素的面面觀。

2. 對於教育工作者
科教學會、化學學科中心與新北課發中心將分別辦理工作坊、教材教具競賽與公開觀課活動，藉此提升教育工作者以更多元的角度來認識化學元素，以有助於教學增能。

3. 對於學生
科教館、化學學科中心與臺師大自然領域教學研究中心設計競賽與課程，由實際參與學習活動來提升對科學學習的興趣。
化學會則將建立網站彙整今年所辦理之各項慶祝活動與推廣工作項目，並提供有關元素週期表的資源供社會大眾與學校使用。同時化學會與臺灣維基媒體協會(WikiMedia Taiwan)合作，希望藉由這一年可以對維基百科中的化學元素進行中文條目的撰寫與編輯。 

一、活動簡介

1.《臺灣化學教育》電子期刊發行專刊
《臺灣化學教育》電子期刊業已於2019年一月出刊《2019國際週期表年(IYPT)》專刊，共收集13篇文章，內容含：門得列夫週期表的發展史、化學學習與元素週期表、日文與中文元素命名、元素英文命名的由來、微量元素的介紹、鹵素的性質、元素與藝術等等，有興趣者可至官網查閱。

2. 元素方塊你我他
由臺灣師範大學邱美虹教授研究團隊負責「元素方塊」這項活動，根據「化學性質」、「相關實驗」、「生活中常見的狀態或應用」、「發現的國家或科學家」與「臺灣或其他國家文化常見的例子」做為設計的方向，廣邀學者與學生來參與元素方塊的設計(見圖9)，希望這些成品可以提供民眾認識元素與生活息息相關的機會。此項徵稿業已完成，將進行美化成品的工作。配合臺師大團隊設計的元素方塊，亦將使用光雕投影以不同的角度展現週期表發展的歷史與文化脈絡與元素的應用。這些展品將在科教館與科博館展出，並將推廣到校園中。


圖9. 元素方塊

二、 淡大科教中心--週遊臺灣

由淡江大學科教中心王伯昌主任與高憲章執行長主導，於選定與特定元素相關聯的地點設置｢元素週期表-臺灣週遊點｣，讓全臺民眾在旅遊時可進行打卡與實體印章收集的活動。該活動設計是希望能讓臺灣民眾不論年齡、職業都能透過這個活動正確的認識化學與生活的關聯性，正視臺灣天然資源缺乏的問題，並在活動的收集過程中，認識臺灣各地產業，以及特殊的地理、歷史與文化。

三、 科教館--化學元素週期表課程開發、演示及推廣

科教館(見圖10)在陳雪玉館長的領導下預計進行全年性的活動，藉由各項活動推展科普教育。活動包括以下幾類：
(1) 化學元素週期表課程開發
(2) 結合本館展區、實驗室、劇場、戶外生態場域的「化學元素尋寶趣」
(3) 配合科學巡迴車規劃全新化學演示活動，提供各地的巡迴教育服務
(4) 化學元素課程、演示活動及推廣活動轉化為科普影片製作

圖10. 科教館的元素週期表設備

四、 科博館--展出元素相關展品

科博館除展出臺師大團隊的元素方塊與光雕投影外，孫維新館長與張鈞翔主任擬展出館藏與元素相關的收藏品(如礦石等)，以共襄盛舉。

五、新北課發中心--教師工作坊

由新北課發中心鍾曉蘭執行秘書辦理，活動內容為介紹週期表年的活動意義與各項活動，活動分別有教材競賽、教案競賽與教案發表會等。對象主要為全國化學教師，活動以工作坊形式辦理活動；推廣活動以教材、教案競賽成果為主並辦理週期表同課異構公開觀課活動等。

六、科教學會-元素週期表教材教具媒材展示品設計比賽

由科教學會盧玉玲理事長主導，活動內容為利用元素週期表設計教材教具與媒材。活動對象為各級學校單位或個人報名參加；活動辦理方式為媒材徵選活動；時程預計於2019年5-6月。科教學會負責邀請評審進行媒材的初審與複審工作，並選出優良作品頒發獎金。

七、 化學學科中心與臺師大自然領域教學研究中心--元素週期表線上有獎徵答活動

由化學學科中心林威志執行秘書負責辦理線上有獎徵答活動。活動對象為全國高中以上學生，將採線上有獎徵答活動的方式進行。活動辦理的時程預計於2019年7-8月。化學學科中心負責相關試題設計，並尋找相關活動平台建置方式。歡迎大家一起來!

[化學學科中心與新北市課程發展中心-教案設計競賽]
由化學學科中心與新北課發中心共同辦理，活動內容為運用科教學會舉辦之元素週期表教材教具媒材競賽的得獎作品進行週期表教學活動之設計。活動對象為全國化學教師；活動辦理方式為教案徵選活動；時程預計於2019年7-9月辦理，活動將選出優良作品並頒發獎品。

8. 新北市課程發展中心--教案發表會與公開觀課

由新北課發中心主導，活動內容為教案競賽得獎作品之成果發表會。活動對象為全國化學教師，以工作坊形式辦理活動；時程預計於2019年10-11月辦理一場工作坊，場地預計在新北高中；至於推廣活動，則是以辦理週期表同課異構公開觀課的形式進行。

9. 科普環島列車

由科技部科普計畫召集人李旺龍教授負責的科普列車亦將於各地展開收集與該地文化與發展相關的元素之故事(如金瓜石曾經擁有的黃金、新北市的硫、新竹的矽)等，做為2019年環島列車的主題，以共襄盛舉。

10. 中國化學會--IYPT各項活動之共同網頁平臺建立

各項活動的推廣除各單位本身的資訊平臺與社群之外，中國化學會將設計IYPT各項活動之共同網頁平臺，此部分將由學會秘書長趙奕姼教授目前規劃與執行，此平臺成立的功能共有以下六點：

(1)介紹聯合國IYPT以及週期表與生活、永續發展的關係。
(2)在同一頁面呈現所有活動並提供該活動之連結。
(3)推播最新消息。
(4)提供參與元素週期表線上有獎徵答活動網頁連結。
(5)提供活動花絮報導。
(6)透過IUPAC連結至國際上其他IYPT活動網頁。同時化學會與臺灣維基媒體協會(WikiMedia Taiwan)合作，邀請學者與學生共同編輯元素條目，希望可以建立具可信度的維基資訊供大眾使用。

 結語

IYPT是一項由聯合國發起的國際性的活動，此次臺灣積極辦理相關活動，希望這些活動可以觸及到臺灣每個角落、每個國民，且能在所觸及的地方與人在2019之後還能持續化學教育的生根與人才培育的永續經營志業，才不枉眾人的努力與付出。

 致謝

感謝科技部和化學局提供經費補助，使本團隊得以執行慶祝IYPT之各項活動。同時，感謝中研院經費補助以及化學會的推薦，使本人得以出席IYPT開幕式，受益良多。更感謝所有參與單位、籌備委員和諮詢委員在各方面的支持，使元素週期表的科普活動有機會得以推廣到各個層面的人群中。







邱美虹
國立臺灣師範大學科學教育研究所教授