[心得] 化工、化學、材料的差別
放榜季又到囉@@"
在此介紹一下我比較瞭解的三個系提供各位參考
另外建議大家選系大於選校
如果硬要選校之後想轉系或雙主修、輔系的
盡量填較相近的科系
以後的路比較不會那麼辛苦
-------本片開始-------
首先來介紹一下化學在學什麼
化學系分四大領域
有機化學、無機化學、物理化學、分析化學外
還有其他領域生物化學、材料化學為輔助
在奈米尺度下因為物質特性會隨物體變小而表面積除體積比上升
突顯更活潑的特性和不連續(量子)性質
奈米(10的負9次方公尺)剛好比化學系研究的原子分子級(10的負10次方公尺)的尺度大一點
所以又延伸了一個領域叫奈米材料化學
接下來講講必修課程
一年級 一般理工有的大家幾乎都一樣~
普通物理 普通化學 微積分
普通物理實驗 普通化學實驗
二年級開始才是化學系專業科目的重頭系
有機化學
介紹與碳有關的化合物合成方法與會反應的原因
化學系裡面最重要的課~
學成之後你就像是學會鍊金術一樣~
知道原來A+B可以變成C+D再加其他的又可以變成E+F
E+F再加什麼又可以變回是A+B
是一門很好玩的課~
不過學不好的人常以為只是在背反應
其實只是他們不懂原理所在...
而這門科目其實也是生化反應的基礎
這堂課配合兩堂實驗有機化學實驗
課堂上教的合成方法大多都可以親自合成看看
如果懂原理的話其實還可以在實驗室偷偷合成別的東西唷XD~
分析化學(古典分析+儀器分析)
介紹如何用化學反應來檢驗未知物中含有什麼、含有多少
包括用電化學、萃取、氧化還原、照光、加熱、滴定、分離、結構鑑定等方法
來確認未知物中含有什麼，含有多少
一般分兩學期開課:
上學期介紹古典分析
就是古時候的人沒有現代儀器用時
用的化學與數學(統計)方法
大多都是下學期儀器為什麼可以這樣用的起源
下學期介紹儀器分析
教你用現代儀器學會更快速的偵測未知物
有些儀器還可以看到真實的看到原子結構唷!!
這堂課有配到兩堂分析化學實驗
主要是讓你學會那些分析的實際操作
化學數學=常微分方程式(ODE)+線性代數(矩陣)+數值方法
這堂是化學系最深的數學囉
不過跟其他系理工比起來...
其實這是最簡單的數學
介紹化學中使用到的數學
這堂課是量子化學的基礎
也是用電腦如何模擬出分子物理性質和化學性質的基礎
物理化學(量子化學+熱力學+動力學+光譜學+統計熱力學)
主要在探討分子的物理+化學特性(從兩個SIZE看~再利用計算統計方法將兩個串聯在一起)
從微觀(分子結構)看分子特性(從原子分子看):量子化學、光學
巨觀看物質特性(從一團氣體或一杯液體、一塊固體看):熱力學、動力學
再用統計熱力學將兩項結合在一起看
量子化學是奈米科學的基礎~
主要利用薛丁格方程式算出分子&原子&電子&核子的關係
光譜學:利用量子力學解釋照光後分子、電子的反應
熱力學、動力學:反應的平衡(最終狀態)、反應快慢的關係
這堂會配合兩堂物理化學實驗
主要是熱力學動力學和光化學的實驗
像用太陽能做成燃料電池探討它的放電速度之類的...
無機化學
除了碳以外的所有原子探討
這是一門很雜的課
內容主要包括:化學群論、配位化學、有機金屬反應
化學群論:討論分子對稱性與分子軌域的關係
(因為無機化合物分子型狀都很複雜~用對稱的方式可以解出分子的特性)
配位化學:探討分子型狀如何影響他的反應情況
有機金屬反應:把無機物加入有機反應後的化學反應
-----------------------
基本上必修就是這些囉
另外我畫了一張化學技能樹給你參考一下
有機領域 化學系ONLINE 計算機概論(程式語言)
無機領域 化學系技能樹 微積分→微分方程
物化領域 歡迎一起來!! 普通物理
分析領域 普通化學 生物學 輔助技能
生物領域┌─────────┬───┴────────────┐
│ │ ↓
有機化學─→有機分析←古典分析 微分方程←微積分
┌──┤ ┌─┴──┐ ↓ ↓
│ ↓ ↓ ↓ ├───普通物理──┐
│ 生物學 生化分析 電化學 分離方法 │ ↓
│ ↓ ↑ │ │ │ 化學熱力學
│生物化學→─┴──┐└─┬──┘ ↓ ┌→──────┤
│ ↓ └←┐↓ 光譜學←─量子化學┴→┐ │
│藥物化學 ┌──儀器分析 │ ↓ ↓ ↓
│ │ ├──────┘ 無機化學 計算機概論 統計熱力學
│ ↓ ↓ │ ↓ ↓
有機合成 有機光譜←光譜分析─→無機光譜 ←─┤ 計算化學 化學動力學
└→─┬───┬────┬──────────←┤ ↓
↓ ↓ ↓ 固態化學←──┼→材料化學──→表面化學
有機金屬 高分子合成 │ └→其他元素化學 ↓
↓ └─────────────┬───←奈米材料化學
觸媒化學 ↓
奈米材料合成
基本上化學用不到很難的高中物理..
普物也只是輔助
有物理的位置只有物理化學裡的熱力學+量子化學
不過對高中來說都算新的課程~其實上大學認真念就懂了
不需要太擔心啦XD
另外介紹一下畢業後可以選擇的職業~二轉(誤)
http://deptche.ccu.edu.tw/files/Duty%20border%20map.pdf
釐清一下傳統大家對化學系的誤解
化學系不只是可以當老師而已唷
畢業後科技業傳統產業都可以~是跨很大的科系!!
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接下來介紹化工前我們先來比較一下化工與化學的差異性
來看一下我之前學校必修課的比較表
化工 化學
微積分 （8學分） 微積分 (8學分)
普通物理 （6學分） 普通物理 (6學分)
普通物理實驗 （2學分） 普通物理實驗 (2學分)
普通化學 （6學分） 普通化學 (6學分)
普通化學實驗 (2學分) 普通化學實驗 (2學分)
工程數學 （6學分） 化學數學 (3學分)
有機化學 （6學分） 有機化學 (8學分)
有機化學實驗 (2學分） 有機化學實驗 (2學分)
儀器分析 （3學分) 分析化學 (6學分)
儀器分析實驗 （1學分) 分析化學實驗 (3學分)
物理化學 （6學分） 物理化學 (9學分)
物理化學實驗 （2學分） 物理化學實驗 (4學分)
材料科學或生物學(2選1) (3學分) 生物化學 (3學分)
單元操作與輸送現象 （9學分)
化學工程實驗 （4學分) 計算機概論 (3學分)
化學工程概論 （1學分) 無機化學 (6學分)
化工質能均衡 （3學分) 書報討論 (2學分)
化工熱力學 （3學分)
化工反應工程 （3學分)
程序控制 （3學分）
程序設計 （3學分)
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(82學分) (73學分)
看出差別了嗎@@?
化工用到了大量的運算所以工數比化學系的化數多了一學期
而化學系比化工系多了大量的理論
在重覆的必修課上多了我們專精了更深的學問
而他們只是點到為止沒有修得很深
在材料方面化學主攻的是奈米材料和高分子材料
而化工因為在專業領域學過一些製程所以多了陶瓷、電子(半導體)材料等等...
不過說這麼多大家大概還是不懂化工到底差在哪呢?
這麼說好囉
如果我們想做出一個分子
那我們會從有機研究如何去合成這個分子
由物化、無機去探討他的結構帶來什麼物理、化學特性
由分析去鑑定這分子到底是什麼
那如果我們想把它大量製造
會出現什麼問題呢?
在實驗室合成分子時~
我們不太會在意架好的實驗設備中溶液流體的流態、溫度的分佈、濃度的分佈
如果我們從動力學去看~
不同濃度或溫度是不是會影響化學反應的產物與副產物比例?
但我們在實驗室時它只在小小的燒杯裡反應
誤差影響很小所以只要丟個磁石下去攪拌一下就不會有很大的差別了
又如果我們使用的溶劑黏度很大或產物不易流動
在實驗室我們可以加個馬達幫忙加壓流動就好囉
但是如果我們把幾克去反應的東西放大到幾噸的工廠內反應
那些誤差被放大了幾十~百萬倍、馬達做得功也放大幾十萬倍
我們該如何處理呢?~這時候我們就要交給化工來辦囉
單操與輸送現象在教的就是
如何把一個反應的過程分作很多個單元來各別處理上述問題
由探討他的輸送現象(質量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞)
來解決反應不均勻的問題
這堂課還搭配了化工實驗做體驗其實應該叫單操實驗...
化工熱力學在學什麼呢?
我們如何利用最少的外部馬達作功(藉此省錢!!!)
去推動這個流體，並用最少的加溫方式去讓這個反應進行
化工反應工程在學什麼?
其實它的正確名稱叫化工動力學
它在學我們要用哪些反應器
讓流動狀態下的反應在最短時間內達到最高的產率
化工質能均衡在學什麼?
我們把流體流入反應器
它在反應器裡到底發生了什麼事?
流體進入反應器
進去-出來+反應+累積=改變
我們由上式去探討能量、質量在裡面的改變是如何
如果加一個旁支的管線把出口的產物部份流回反應器入口
那產率會不會提得更高呢?
程序控制在學什麼呢?
我們的反應器如何去控制它在恆溫、恆壓等等
如果給它固定加熱那溫度不一定停在這個定值
那我們該用哪些方式讓反應器知道如何穩定呢?
程序設計在做什麼?
這門課通常排在化工系的最後(大四?)
我們學過那麼多反應器和控制方法
那我們如何用這些技能去蓋一座工廠或完成一個製程呢?
利用前面我們學過的所有東西加上調查一些原料物價(會用到一點經濟學)
如何以最省錢的方式組裝一間工廠出來
簡單來說
化工系學得就是如何用最省錢的方式去得到大量我們想要的材料
而這些方式運用到大量的簡單物理(!?)與非常繁瑣的數學
有時候數學真的複雜到算不出來了
只能靠實驗數據堆積出來的經驗圖表來表示
所以化工有一堆的實驗數據表格或圖示來對照
這就是化學與化工的差別
另外化工也像化學一樣可以在科技業和傳統產業兩邊跑
因為輸送現象中的質傳應用在化學氣相沉積法(CVD)是科技廠中的主要製程之一
與學會的實驗放大可以應用在各個工廠的製作流程
而非大家刻板印象的塑化業
另外我也畫了張化工系的技能樹供大家參考
化工領域 普通化學
化學領域 化工系技能樹 普通物理
材料領域 微積分→工程數學
生物領域 生物學 輔助技能
生物學 普通化學 普通物理 質能均衡 微積分
↓ ↓ ↓ ││ │
│ ┌──←┴→──┬─────←┤ ┌───┘│ ↓
│ ↓ ↓ ↓ │ │ ┌─工程數學
├←有機化學 ↓ │ │ ↓ │ ↓
↓ │ 物理化學 │ │ ┌──┼──┘ ┌┴───┐
生物化學 ↓ ││││ │ │ │ ↓ ↓ ↓
├→材料科學←───┘││└──┐ │ │ │ ├←─輸送現象 程序控制
│ ↓ 儀器分析│ 化工熱力學←┘ ↓ ↓ │
│ │ └───→┼────→化工動力學 單元操作 │
│ ┌┴──┬─────┐ │ │ │ │
│ ↓ ↓ ↓ │ ↓ ↓ ↓
│生醫材料 高分子材料 陶瓷材料 └→──────┴─┬──┴────┘
└──────────────────→┬←────┐↓
生化工程 程序設計
-----------------------------
那材料又與化學、化工差在哪呢?
我們知道
物質有三態
固態、液態、氣態
六大性質
機械(力學)、光、電、磁、熱、腐蝕(化學)
化學、化工研究的主要在玩的是液態、氣態的東西
材料主要在玩的是這些液態氣態的東西被變成固態後的事情
我們可以從調配成份、比例
或是由改變結構來得到我們要的性質
材料主要可分成三大類
金屬、陶瓷材料
高分子材料
電子、半導體材料
其他雖然還有什麼生醫材料等等的也是再細分後的東西
但材料系大學部必修課程卻比較注重金屬材料
其他組的主要課程往往都只是大學部的選修課程
而之前很火紅的奈米材料又是什麼呢?
把上面這些材料做成奈米級大小、結構或是添加入奈米級的物質
就是奈米材料了
簡單來說
材料系是一個整合型的科系
它包括了很多的科系的知識
它學的很廣但大學部時對於除了金屬材料外的材料
需要的知識教得還不夠深
所以在研究所招生時很多的領域學生都能跨進來
自己是比較不建議高中生在大學就選這門科系
如果想升學
到了研究所後本科系專精~
再進來會比較好做研究
(材料因為沒修過大學部的課所以不太敢亂畫XD怕誤導大家....)
最後祝大家都能上自己想要的科系!!!!~
(這是小弟讀完化學系加上輔系化工現在在材料研所的心得~有錯的話請大家多多指教)
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感謝您提供的意見及補充^^抱歉~我化工這邊沒介紹得很詳細
化工方面領域的化熱除了三大定律外
之後的延伸不同大學老師專注在不同的地方
我大學時化工的老師專注在反應器內的熱能換算
而當我進研所化熱老師又專注在相圖的應用
這篇文章我只有描述一個大方向給高中生們參考
想想液氣平衡結合理論計算的最終目的
也是為了在工廠中能更節省時間與能源
所以就介紹個大概而已~
※ 編輯: i771029 (118.167.29.131), 06/19/2014 00:40:26
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