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化學元素王國之旅

化學元素王國之旅

The Periodic Kingdom

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內容簡介

  週期表就像元素王國的地圖。化學家、工程師以及學生等想真正瞭解化學的人,就憑著這張地圖去了解、摸索元素及其化合物。跟著艾金斯教授進行一趟「化學元素王國之旅」就能親臨元素週期王國的地形山川,更深入掌握化學內涵。

作者簡介

艾金斯

  著名的英國化學家,曾任牛津大學林肯學院的研究員與講師,研究專長為量子理論,主要教授量子力學與量子化學。

  除了研究與教學,他也勤於筆耕,在專業教科書方面,他寫的《物理化學》、《無機化學》、《分子量子力學》是史上最暢銷的三本化學教科書。

  他對於推廣科學知識,將化學以沒有門檻的方式介紹給一般讀者,也特別有熱誠,著作約有二十餘本,其中翻成中文版的有《化學元素王國之旅》、《化學分子世界導覽》(皆為天下文化出版)。

譯者簡介

歐姿漣

  台灣省台南市人。台灣大學化工系碩士。曾任台大化工系助教,現任職於理律法律事務所專利部。

審訂者簡介

牟中原

  1949年生於基隆。台灣大學化學學士,美國華盛頓大學化學博士。專長是理論化學,興趣在科學教育,現任台大化學系教授,亦為天下文化「科學文化」叢書策畫者之一。

 

目錄

序 一本化學的旅遊指引書 牟中原
開場白 想像的國度

第一部 地理形勢
第一章 鳥瞰王國大地
第二章 物產豐隆
第三章 物理的地貌

第二部 歷史演進
第四章 英雄開疆拓土
第五章 刻上封號
第六章 元素創生簡使
第七章 繪輿圖的人

第三部 典章制度
第八章 核心憲法
第九章 外部法律
第十章 區域的管理
第十一章 策略聯盟

結語 驚奇讚嘆之地
附錄 化學元素表
名詞注釋
延伸閱讀

 

一本化學的旅遊指引書 牟中原

  四十八年前念初二時,是在基隆一所山上的初中。記得學校裡有一間老老的理化實驗室,裡面有瓶瓶罐罐,四面牆上都是藥品櫃。化學老師也是一年級的博物老師,姓謝,好年輕,才二十歲出頭。那年頭,沒有什麼第八節輔導課,下午四點鐘就放學了,大夥還喜歡留在學校打球玩。謝老師大概看到我們那群小蘿蔔頭,玩昏了頭不求學。他找了我們組了個小小科學俱樂部,居然就把理化實驗室的鑰匙給了我們,任大家放學後進去玩實驗。

  一天,謝老師教我們做金屬鈉與水的化學反應。他小心翼翼的從一瓶油裡撈出一小塊黃黃的金屬,用小刀切下小小像豆子般大小的鈉分給大家。我也拿一塊,回到我那一大缸水槽,丟進水裡。那塊金屬鈉浮在水面上,立刻就和水反應,冒出氣泡,氣泡劇烈產生後還會著火。鈉塊像是有動力般在水面上跑來跑去。那時我才十二歲,真是深深感到興趣。這是水和鈉的反應,產生氫氣,然後燃燒。

  後來,有天又在實驗室裡弄實驗,老師開會去了。有位同學不知如何找到了一瓶鉀,大家商量著是什麼。有人說書上說鉀和鈉性質很像。也不記得是怎麼搞的,反正最後有人壯著膽子弄了一小片鉀放到水裡去,立刻起火轟然一聲,水槽都炸穿了底。一群人嚇呆了。

這就是化學

  這就是化學,很多元素相似又相異。鉀是鈉的弟兄,但它和水和空氣卻會有更劇烈的反應。我也學到必須不能輕視化學上一點點的差異。差異可以很小,但也可有很不同的結果,像鐵軌的分叉。化學這一行就是要了解千千萬萬不同物質相似和相異之處,以及背後的道理。

  最基礎的問題是了解化學元素之間的相似性、差異性。有金、銀、銅、鐵這些金屬,也有氧、氮、氯這些氣體,也有半導體者如矽、硼。它們看來差別很大,像是紐約街頭胡亂遇到的五花八門各式人種。但化學家經過長期研究,發現這些元素可以分家族的,同一家族的長相就類似,但個性並不完全相同,重量也不一樣。鈉和鉀就是同一家族的,鉀比較重一些,但個性反而不穩重,要比鈉活潑。

  要怎麼樣清楚的表示這些元素的家族譜系和鄰居關係呢?俄國人門得列夫(Dmitri Mendeleev, 1834-1907)早在一百多年前提出了元素週期表,把這些元素排出個合理而容易了解的陣營。百年來,這個週期表,就像一張元素王國的地圖。化學家、工程師、學生就憑著這張地圖去了解、摸索元素及其化合物。

  《化學元素王國之旅》這本書,就是向更多的大眾介紹這元素週期王國的地形山川。它是一本化學的旅遊指引書,因此並不會巨細靡遺,但帶你去的多是精挑的。這本書除了介紹元素地形以外,也介紹它背後的道理︰元素的原子構造是如何形成的。就像一本好的導遊書,它也介紹這王國的歷史,也就是許多元素發現的歷史故事。

  元素如果是王國的邦,那各邦之間可以形成聯盟,就好像元素和元素會結合成化合物,本書也介紹化學鍵的形成。

  這本書的作者艾金斯是一位知名的物理化學專家,寫過很受歡迎的教科書。這裡他展現科普書寫作的才華,把一個很難寫的題材寫得很深入淺出,井然有序。如果任何人想通盤了解化學元素,這兒是最好的出發點。

  這本書中譯本於1996年出版,沒想到一晃就是十二年。這當中又不知教了多少學生。每當教普通化學時,我都會提到門得列夫的故事,真是歷久彌新。週期表值得每一個學子一再去了解它。

2008年底於台灣大學(本文作者為台灣大學化學系教授)

 

詳細資料

  • ISBN:9789862162224
  • 叢書系列:科學天地
  • 規格:平裝 / 203頁 / 17 x 23 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

歡迎來到「週期王國」。此處是個想像的國度,不過它其實與真實現象關係密切。這是個化學元素王國,一切物體都是由元素組成的。王國的土地並不廣闊,因為它僅包含一百多個區域(元素)而已,卻構成了真實世界中的萬物。所有的行星、岩石、蔬菜及動物,都是由我們故事中的主角(這百來個元素)所組成的。這些元素也是空氣、海洋與地球本身的構成要素。

我們就站立在元素上、食入這些元素,而且我們自己就是元素。因為我們的大腦是由元素所構成,甚至連心思,就某種意義而言,也是元素的一種性質,因此亦可算是王國的一份子。

王國內的區域分布並不是雜亂無章的,相反的,它們排列得相當有條理,每一個區域的性質都很接近它鄰近區域的性質。

王國裡面只有少數幾個明顯的分界線,可以說,整個景色的特徵就是具有漸進的坡度轉變:大草原中夾雜著平緩的山谷,山谷再逐漸加深,形成陡峭的峽谷;山坡由平原中漸漸隆起,成為高聳的山脈。

當我們在王國中旅行時,可以記得這些概念與譬喻。要謹記於心的原則是,這百來個元素不僅形成了物質世界,而且這百來個元素(區域)自己也組成某種模樣。

西部大沙漠
現在,我們就來認識這模樣,熟悉一下這個國度的風光。先從空中鳥瞰吧,我們可以看出,由最北端的氫(H)至遙遠彼端的鈾(U,位於南方島嶼)之間,伸展出一片寬廣的景象。在鈾之後仍然坐落著已知的區域,但在更遙遠的距離外,則橫亙著一條無人探索過的地平線,尚等待另一個哥倫布來發現新大陸。

較靠近我們的是一片已經為人所熟知的領域,例如碳(C)與氧(O)、氮(N)與磷(P)、氯(Cl)與碘(I)等區域。在這趟最初的探索結束以前,我們將會熟悉更多的區域,並且了解它們與沙漠、濕地、湖泊或草地之間的對應關係。

雖然我們現在是由很遠的高空中俯瞰這個國度,但還是可以看清楚遼闊大地的風景特色(參見次頁圖)。有片閃閃發光的地區,是由金屬聚集構成的,那裡我們稱為「西部沙漠」。這片沙漠感覺上並沒有什麼變化,只有些許的色調深淺不同,意味著它們仍然有多樣化的特質。沙漠裡也找得到淡淡的色彩分布著,像是我們熟悉的、閃爍著金光的元素金(Au),以及紅色的元素銅(Cu)。

值得注意的是,這片沙漠地帶占據了相當大比例的王國國土,在已知一○九種元素中約占八十六種,顯見沙漠的內容十分豐富。(而內容十分豐富的王國又使得真實世界如此多采多姿!)這些豐富的多樣性表示沙漠的荒蕪只是假象而已;等我們靠近些後,就會發現這裡像是蘊藏了豐富礦產的礦脈,而且在荒涼的景象下,還擁有多元化的物理及化學性質。不過靠近觀察是以後的事了;現在我們仍在距離王國地表很遠的空中,還無法體認到沙漠細微的變化。

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