文／簡麗賢

「真金不怕火煉」是什麼意思？這句經常聽到的俗諺語蘊含什麼科學概念呢？依據教育部成語典的釋義：「比喻真實或堅強的人或物，經得起任何考驗。」例如：「真金不怕火煉，我們這一次必定能順利擊敗強敵。」

「真金不怕火煉」從字面上理解是指純正的黃金不怕被火烤，科學概念是黃金對氧的活性非常小，不易與氧發生反應，在自然界中多以元素狀態存在。

物質活性 氧化快慢



在111年國中教育會考的自然科試題出現與元素活性相關的問題：

「博物館的貴重畫冊常會保存在充滿氮氣的密閉容器中，以防止畫冊氧化。使用氮氣的原因主要是考量氮氣具有何種性質？」答案是活性較小。氮氣活性小，常溫下不易與物質發生反應，適合填充在密閉容器中，避免欲保護的物體氧化。

讀者很熟稔的生活常識，常看見金、銀、銅鑄成的錢幣，卻幾乎沒有看到鐵幣；我們經常看到切開的蘋果在空氣中漸漸變成黃褐色；鐵窗在風吹雨打後長滿紅褐色的鐵鏽，或是點燃篝火時，熊熊烈火帶來光與熱。為什麼呢？

鐵釘生鏽，鐵逐漸失去光澤而鏽蝕，這是鐵與氧氣緩慢作用的結果；木材在火焰中劇烈燃燒，釋放出光與熱，這是物質與氧氣劇烈反應的現象。這兩種常見的現象皆是物質鐵與木材中的碳與氧氣反應的化學變化過程，稱為「氧化反應」。從微觀世界而言，氧化反應是電子的轉移，例如鐵氧化，表示鐵失去電子而形成鐵的氧化合物。

然而，數千年的古埃及黃金面具，仍保存良好。這與金的活性非常小，不容易失去電子而氧化有關。

金屬活性 各不相同



如何知道物質如金屬對氧的活性大小呢？科學家提供我們一種思惟。物質或金屬在空氣中燃燒的難易程度，代表其對氧的活性大小。愈容易燃燒的物質，對氧的活性愈大；反之，愈不容易燃燒的物質，對氧的活性愈小。由實驗得知，鎂、鋅、銅、金等元素對氧的活性大小依序為：鎂＞碳＞鋅＞鐵＞銅＞金。

金屬對氧的活性各有不同，鈉、鉀等鹼金屬對氧的活性很大，金屬的新切面一接觸到空氣很快就失去金屬光澤；然而，白金（鉑）與黃金對氧的活性很小，能長期保存而光亮如新，適合作為裝飾品。

氧化還原 電子轉移



物質與氧結合的反應稱為氧化反應；相反的，氧化物失去氧的反應稱為還原反應；氧化與還原必定同時相伴發生，這種涉及氧的得失之化學反應，稱為氧化還原反應。在氧化還原反應中，發生氧化的物質，具有還原另一物質的能力；相反的，本身發生還原的物質，則具有氧化另一物質的能力。例如：仙女棒中含有鎂的成分，點燃的鎂帶放入裝有二氧化碳的廣口瓶中，依然繼續燃燒，這是因為鎂可取代二氧化碳中的碳，與氧結合生成白色的氧化鎂，失去氧的碳則變成元素狀態，附著在瓶壁上。

古裝劇中常見以銀針試毒，銀針變黑即表示有毒，這蘊含氧化還原的科學概念。砒霜是一種毒物，主成分為三氧化二砷（As2O3）。古代製作砒霜的技術較不成熟，砒霜中會含有少量的硫或硫化物之不純物質，硫或硫化物接觸到銀，會使銀氧化產生黑色的硫化銀（Ag2S），銀針變黑即表示有毒，這是硫化物發生還原反應而使銀針變黑。銀針變黑是因為銀與硫或硫化物發生氧化還原反應，因此砒霜愈純，含有的硫或硫化物愈少，則銀針愈不易變黑；活性愈小則愈難發生氧化還原反應，且金與銀的化學性質不同，故金可能無法產生硫化物。