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化學原來如此!最好懂的化學史、化學原理與元素週期表全攻略


化學原來如此!最好懂的化學史、化學原理與元素週期表全攻略
作者:喬爾‧利維(joel levy) 出版社:大石 出版日期:2021-03-10 00:00:00

<內容簡介>

大部分人聽到「化學」,就會聯想到試管、本生燈、白色實驗衣和奇怪的氣味……這本書就是要告訴你,這些都是在學校上化學課時得來的粗淺經驗,不是化學真正的樣子。

讀這本書不需要任何化學知識,因為書中會用簡單明瞭的方式,從最基本的概念,到最深奧的物質定律,逐一解釋給你聽,你只要帶著冒險和好奇的心就夠了。為了避免被龐大的化學領域淹沒,本書焦點放在無機化學──探討除了碳以外的所有元素和它們的化合物。化學史大多和無機化學有關,這些故事經常交織在一起,構成一部精采的故事。

從故事中你會了解化學如何改變人類、賦予文明生命、激起神祕主義者和魔術師的想像力,並且啟發歷史上的偉大科學家。透過本書,你將能讀懂元素背後隱藏的語言,並對我們身邊的世界有更深的理解。

★本書特色:

☆從木乃伊的製作到煉金術師;再到酸鹼中和及氧化還原,無所不包介紹「化學」的完整發展史。
☆以最簡單的語言,簡述最有趣的化學故事及豐富的化學知識,最平易近人的化學科普書。
☆輕鬆的文字與詳細的圖表,搭配精彩的化學家故事,了解化學是如何形塑我們的現代世界。

不論你是對日常事物充滿好奇的人、或是想增進化學科普知識的人、還是讓孩子增進科學素養的家長,都不能錯過這本《化學原來如此!》,一起揭開化學的神祕世界。

★目錄:

認識化學 6

一、古代世界的化學 10
史前化學 12
烹煮食物的化學 14
藥物、木乃伊和化妝品 16
物質與能量 20
古希臘的自然哲學 24
原子理論的誕生 26
簡介原子 28
小檔案:亞里斯多德 30
化學戰爭:希臘火 32

二、煉金術與化學的誕生 34
煉金術的起源 36
化學反應:基礎篇 38
中世紀的伊斯蘭化學 40
小檔案:賈比爾.本.哈揚 42
催化劑與動力學 44
毒藥與下毒者 46
文藝復興時期的煉金術 48
溶劑和溶液 50
小檔案:巴拉塞爾士 52
度量衡 54
氣動化學 56
小檔案:揚.巴普蒂斯塔.范.海爾蒙特 58
酸和鹼 60
小檔案:羅伯特.波以耳 62
離子鍵與共價鍵 64
科學方法 66

三、發現元素 68
小檔案:卡爾.席勒 70
燃素學說 72
二氧化碳 74
小檔案:亨利.卡文迪西76
水 78
熱 82
小檔案:約瑟夫.普里斯利 84
拉瓦節與化學革命 86
氧與氧化還原反應 90
氫和「氣球熱」92
科學命名系統 94

四、原子與離子 96
原子量與原子理論 98
小檔案:約翰.道爾頓 100
莫耳和亞佛加厥數 102
小檔案:阿密迪歐.亞佛加厥 104
離子與電荷 106
小檔案:永斯.雅各布.貝吉里斯 108
化學符號 110
電解 112
小檔案:韓福瑞.戴維 114

五、元素週期表 116
元素週期表 118
元素週期表的先驅 120
小檔案:德米特里.門得列夫 122
週期定律 124
認識元素週期表 126
測量光的光譜學 130
同位素和放射性 132
小檔案:瑪莉與皮耶.居禮 134
有機化學簡介 136
索引 140
名詞解釋 144

<作者簡介>

喬爾‧利維
喬爾‧利維是科學與歷史領域作家,著有十幾本書,包括《寰宇大驚奇》、《改變歷史的50種武器》、《牛頓的筆記本》(Newton’s Notebook)、《化學床邊故事》(The Bedside Book of Chemistry)等。他為英國國家刊物撰寫專題故事與文章,也曾多次受邀出席英國國家電視台與各種地方與國家的廣播節目。擁有生命科學學士與心理學碩士學位,現居英國倫敦。

譯者:張必輝
台大農業化學系學士、碩士,英國帝國理工大學生態系功能博士,誤打誤撞進入翻譯的領域,擔任兼職譯者的歲月,已堂堂邁入第十四個年頭,比身為自然科學專業人士的時間還要長久!讓我堅持不懈的原動力,就是希望持續分享優秀科普書籍作品,所傳達出對於科學的那份執著與熱情。譯有《國家地理酷科學──元素週期表》、《元素週期表終極圖鑑:118個化學元素的知識大百科》。

★內文試閱:

‧導讀

認識化學
嚴格來說,化學研究的是元素以及元素構成的化合物,但廣義上的化學遠遠不只如此。它是日常生活的科學,研究的是構成世界的物質,而我們每個人都能製造化學變化。這些變化對古人來說就像魔法一樣,即使到了今天也還是可能顯得神奇。

激勵人心的科學
大部分人聽到「化學」兩個字,腦子裡就會浮現試管、本生燈、白色的實驗衣,聯想到奇怪的氣味,甚至在內心深處預期會發生爆炸。但這些都是在學校上化學課時得到的粗淺經驗,不是化學真正的樣子,本書就是要告訴你這一點。透過本書,你會了解化學如何改變人類、賦予文明生命、激起神祕主義者和魔術師的想像力,並啟發史上最偉大的科學家。

讀這本書不需要任何化學知識,因為書中會用簡單明白的方式,從最基本的概念,到最深奧的物質定律,逐一解釋給你聽。你只要有冒險和好奇的心就夠了。過程中你會認識一些怪異而了不起的人物,並學到許多有趣的小知識,例如麵包為何會膨發、冰塊為何會漂浮、蜥蜴如何能在水上行走(或至少是奔跑)等等。

揭開物質之謎
化學知識一直都在成長,而且比我們大多數人想像的還要快。目前我們知道的天然或人工的化學物質已有超過800萬種。晚至1965年,人類發現和製造的化學物質都還只有50萬種,但即便是這個數字,也已經遠遠超越了200年前化學家的想像。

為了避免讀者無法招架,本書焦點放在無機化學──探討除了碳以外的所有元素(請見第9頁)和它們的化合物。有些簡單的碳化合物,例如二氧化碳和碳酸鈣(粉筆或石灰石),也屬於無機化學的研究領域。

化學史大多和無機化學有關,所以這些情節經常交織在一起,構成一部精采的故事。化學的發展是思想史上最偉大的冒險之一,充滿了各式各樣的癡迷、貪婪、危險、希望和啟示,本書的每一章都是這個故事的一個篇章。

本書隨著數百年來人類試圖揭開物質祕密的追尋軌跡,描述早期人類如何運用化學來生火煮食、古埃及人精巧的化學技術,和古希臘人對自然界的解釋。書中探討了結合科學和魔法的煉金術、科學革命帶來的轉變,以及尋找元素的過程。故事的高潮是發現了所有化學的關鍵:週期定律,而結局則是一項古老追尋的實現:會變成其他元素的元素。

在這趟磅礡旅程上的每個階段,我們介紹的都是基本的化學概念,以最少的數學和公式來說明,以便讓每個人都能讀懂元素背後隱藏的語言,進而理解我們身邊的世界。

‧摘文

一、古代世界的化學
本章探討的是古時候留下的豐富化學遺產,時間可以追溯到史前時期、古埃及和古希臘時代。本章也介紹重要的物質和能量概念──甚至還有讓吐司變好吃的祕密。雖然史前和古代的歷史比科學發展還要早,但在這些擁有高度複雜技術的年代,就已經有讓人驚嘆的先進化學技術,並且見證了現代物質和元素觀念的誕生。

史前化學
化學看起來也許像是一門現代科學。事實上,在啟蒙時代,化學被視為「唯一的」科學。啟蒙運動是18世紀歐洲的文化運動,認為比起傳統和宗教,科學和邏輯能帶給大眾更多的知識。但其實化學和人類文明一樣古老──你甚至可以說,人類之所以成為人類,就是因為懂得運用化學。就算並不自知,但打從人類之初,我們的祖先就已經在運用化學的基本原理了。

用火的開端
人類演化的轉捩點之一,就是學會利用燃燒來控制環境。「燃燒」的意思是碳的氧化:在放熱(以光和熱的形式釋放能量)的化學反應中,碳和氧形成鍵結,換句話說也就是著火。在地球上,碳自燃的情況非常少見,因為典型的燃燒反應需要活化能,也就是提高能量、讓反應開始進行(請見第38-39頁)。
有證據顯示,直立人(Homo erectus),也就是智人(Homo sapiens)的祖先,會利用火燒的方式清理出棲息的地方,並可能用火來驚嚇獵物。一開始很可能是雷擊引起的天然火災,讓人類開始用火。推測智人進化以後,我們的祖先學會製造燃燒所需的活化能,例如透過打火石產生火花,或是透過摩擦木條產生熱。
自此之後,其他許多技術也跟著進步了。對人類的進化而言,最重要的一件事也許就是發現了烹煮食物的化學(詳見第14-15頁)。這不僅增加了人類可以吃的食物種類,以開啟了富含卡路里和蛋白質的飲食新選項。

火工的技巧
充分掌握了燃燒的化學後,人類又發展出其他許多火工技術。英文的「火工技術」(pyrotechnics)這個字,源自希臘文的「pyr」(火)和「tekhne」(技術)。最早期的火工技術之一,是處理作為色素的赭石。赭石是一種黏土礦物,因為含有赤鐵礦而呈現黃褐色。赤鐵礦是一種名叫水合氧化鐵(III)的化合物,化學式為Fe2O3(有關化學符號的介紹,請見第110-111頁)。史前人類發現,用攝氏260-280度加熱赭石,會引起一種叫「?燒」的化學反應,能生成更多元的顏色,尤其是醒目的紅色。
懂得替赭石加工之後,從事火工技術的人接著可能就轉向了燧石和黏土。熱處理會改變燧石的結構,能形成更鋒利的邊緣,製作出更好的工具,而燒製黏土則促進了陶藝的發展。

金屬時代
火工技術的化學帶動了冶金學(也就是金屬研究)的發展,也讓史前文明向前邁進,一路從石器時代進入銅器時代,再到青銅器時代,最後進入鐵器時代。金屬的化學性質正好說明了這些時代演進的順序。容易與氧和其他元素發生反應的金屬,在自然界中絕不會以純物質的狀態出現。相反地,與其他元素不發生反應的金屬,則會以純物質的狀態出現,因此較容易開採並加工。
黃金是最不會發生反應的金屬,也應該是人類最早使用的金屬,不過黃金太柔軟,除了裝飾以外,幾乎沒有其他用途。銅也是以純物質的型態存在,而透過火工技術,可以從銅礦石中提煉出金屬,熔化後可倒入模具中鑄造。銅和錫的礦石有時會一起出現,熔煉後會產生合金(也就是金屬的混合物),而銅加上錫就是所謂的青銅。地球上的鐵礦石比銅錫礦石還多,但鐵的熔點很高,在窯爐技術進步之前都不容易冶煉(從礦石中提取金屬)。但到了公元前1100年左右,古代冶金學家發現,用木炭重新加熱不純的鐵,可以製造出鋼。