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化學分子世界導覽

化學分子世界導覽

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內容簡介

認識分子世界,你才能真正認識自己。
這個世界不只是你看到的那個樣子,

世界上的每一樣東西,都是分子組成的,
你拿起的這本書、你呼吸的空氣、
你穿的衣服、你喜歡的花、甚至你自己,
都是各種不同的分子組成的。

你吃香喝辣、滿足口腹之慾時,享用的是分子;
欣賞如詩的景致時,使你心曠神怡的也是分子;
聞到腐敗氣味時,觸動嗅覺的也還是分子;
甚至喜悅、滿足、憤怒等情緒,
也都有分子可以控制。

暢銷書《化學元素王國之旅》的作者艾金斯,
在帶我們暢遊元素王國後,
進一步帶領我們進入由元素構成的分子世界,
讓你透過小分子,由內到外,認識自己,
也更了解這個世界。

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《化學分子世界導覽》、《化學分子世界導覽》(皆為天下文化出版)。

譯者簡介

師明睿

  1940年生於四川成都,九歲時隨父母來台。省立新竹中學及國立台灣大學化學系畢業,赴美進修後,獲得普度大學(Purdue University)生物化學博士學位。畢業後去加拿大定居,一度擔任賽門佛瑞哲大學(Simon Fraser University)生物系講師。隨後棄筆務農,致力於推廣洋菇產業。1992年回國之後,先後在衛生署預防醫學研究所、中研院生醫所及生農所籌備處從事研究,參與台灣疫苗政策評估規劃、日本腦炎新款疫苗研發,以及中草藥金線蓮藥理之動物研究。 暇時嘗從事自由翻譯工作。譯作有《費曼的6堂Easy物理課》、《費曼的6堂Easy相對論》、《觀念物理III:物質三態.熱學》、《夸克仙蹤》、《微積分之屠龍寶刀》、《微積分之倚天寶劍》、《看漫畫,學遺傳》、《複製人的迷思》、《費曼的主張》、《萬物簡史I ~ IV》、《費曼物理學講義I》(第1 ~ 3冊)、《費曼物理學訣竅》、《有機化學天堂祕笈》、《費曼物理學講義 I(3)》(皆為天下文化出版)。

 

目錄

序 帶你看見分子世界

在導覽之前
元素和原子
化合物
原子間的鍵結
有機化合物
分子間的力
混合物

第一章 簡單物質
空氣
水和氨
煙霧、汙染與酸雨

第二章 燃料、脂肪和肥皂
碳氫燃料
醇及酸
脂肪和油
奶油和人造奶油
肥皂和清潔劑

第三章 人工製造的跟自然生成的聚合物
聚合物跟塑膠
橡膠
聚脂及丙烯酸聚合物
耐綸
蛋白質
糖、澱粉及纖維素

第四章 味覺、嗅覺和痛覺
甜味
酸跟苦
辛辣與清涼
肉香跟燒烤
水果跟食物
花朵和精油
動物體臭

第五章 景觀和色彩
視覺
葉子、胡蘿蔔和紅鶴
花朵、水果和葡萄酒
褐色、碰傷和曬黑

第六章 光明與黑暗
止痛劑和治病靈丹
興奮劑
討人厭的化合物

第七章 生命

生殖

名詞注釋
分子索引
圖片來源

 

帶你看見分子世界

第一版序言

  常有人說喜悅是難以言喻的,這也許是真的,但想到不了解的事物時,心中也必然會有種悵然若失的遺憾。不錯,雖然僅僅看到世界種種表象,就足以讓你目不暇接私心竊喜,不過如果你的「心眼」能夠穿透事物表層,進一步看到其中因果關聯,你的欣喜必然會大幅躍進為心花怒放。

  我寫本書的初衷就是試圖增加讀者觀察世界的樂趣,書中介紹化學這門學問的一個重要層面:物質的結構。希望能說明日常生活中,一些事物的組成成分及結構。換言之,這本書是在分門別類,逐一介紹各種分子,重點在於:指出每種分子的獨特外形及各種分子相互間的關聯、說明某些分子為何具有獨特的性格與行為、披露分子在自然界的供需狀況。簡單的說,本書要幫助讀者認識分子。

  書中對分子的遴選(共介紹兩百多個分子)是以我的主觀興趣為主,不過我所熟識且可以談論的分子,少說也超過一千個。然而篇幅有限,不得不有所取捨,並且在敘述上也僅能點到為止。為此我必須鄭重聲明,如果你發現你認為極重要的分子,竟然在本書榜上無名而感到不解時,務必多多包涵。要知道,目前已知的化合物,總數已經高達數百萬種,而坊間的藥片、藥水、清潔劑的製造廠商,還有大自然本身,似乎都擁有超大的化學物管風琴,可以隨意演奏出各式各樣的混合物交響樂章。因此這本書絕對不可能達到讓每位讀者滿意的完美境界。這麼說吧:它只是要為讀者打開通向世界的窗,而不是一下子要讀者看到整個世界。

  這本書的內容並無特定次序,所以你愛怎麼讀都無妨,時不時拿來消遣一下最好。話雖然這麼說,但我撰寫時,心中的確還是有特定的構思流程,因此它也並非完全沒有脈絡可尋。你如果按照書裡的次序從頭讀到尾的話,是有利無弊的。

  在寫作過程裡,我試著盡量避開專有名詞,但有一些還是無可避免地(至少不是蓄意地)鑽進了字裡行間。為此我在書末列出「名詞注釋」,把這些不速之客列入,並逐一加上解釋。雖然我盡可能地解釋,但讀者不必期望太多,原因之一是有些解釋至今尚無定論,另一些則是需要具有一定程度的專業背景,才能搞得明白。此外還有一個重點是:我不想因為加入過多解釋,減損內容的一貫性和趣味性:這本書只希望帶領讀者達到初步入門的了解而已。

  我特別想要證明自己的一個想法,那就是讀者無須是化學系畢業(甚至無需修過大一普化),就可以透過本書對分子的各種性質,達到相當程度的認識。此書記載的大部分素材跟資訊都是從我素來推崇的相關書籍(大約十來本)中精挑出來的。我希望那些書籍的作者,若是發現本書引用他們的一些想法,能把這些引述當作推崇與讚譽。我提出的許多論點,在這些書籍中都有較為詳盡的探討,讀者在引用本書提供的資訊前,不妨先查閱一下這些書籍,因為我為了讓問題簡化,讓知識菜餚更容易下嚥,下筆有時總不免走些捷徑。

再版新序

  天哪!自從1987年前第一版發行以來,出版技術的變化也太大了點!最明顯的是分子圖的呈現。記得當年在準備第一版分子圖時,我必須親手製作分子模型、替它們拍照、沖洗底片,然後在相片上用筆仔細勾勒出線條並塗上色彩。現在上述步驟都可以交給電腦軟體代勞,跟往日相比,製圖過程更快速,成品更具真實感。我使用的軟體叫做WebLab Pro,本書中的所有分子圖都是藉由它建構的。這本書在網際網路上設有一個專用的網站(http://www.cambridge.org/uk/ chemistry/atkins/ default.htm),上面也可以看到這些圖片,而且網站上的分子還會聽從你的使喚,做些旋轉之類的動作。

  我把舊版中一些比較無趣的分子剔除,並增加了一些新的分子:這一版囊括了大約50種新的分子。甚至絕大部分有關分子的描述,都整個翻修過。原因不一而足:有的是因為出現了新知,有的是我這回想說些別的,或是過去這十多年裡出現了新的枝節。

  我希望維持不變的是:看到各種關聯與解釋的喜悅、看到自然謎底後的歡欣、了解為何微小的變化會造成嚴重的後果。其實這就是化學這門科學骨子裡的樂趣所在:為我們開啟觀察事物內在性質的第三隻眼!

導讀

  當你閱讀本書時,你手裡捧著的是分子;端起杯子喝咖啡時,你可是把分子吞下肚;你自以為悠閒「靜」坐屋裡,其實你全身上下,不時遭到在四處快速流竄的分子所轟擊;當你欣賞蘭花的炫麗色彩、山川景致的如詩如畫時,使你心曠神怡的也是分子;在你吃香喝辣、滿足口腹之慾的當兒,你享用的是分子;當你聞到腐敗的氣味,觸動嗅覺的也還是分子。你以分子為衣、以分子為食,甚至排泄物也是分子。事實上,你本身就是由分子組合而成的個體。

  什麼是分子?分子就像是貫穿本書的許多圖片顯示的那樣,是由一群具有獨特性質的原子所構成的。在進入二十世紀之前,大家認為分子僅是化學家用來描述化學反應的抽象符號而已。不過,經過物理學家和化學家之間一段極不尋常的合作,證明了分子的真實面目。首先,他們採用一些間接的方法,推估出這些微小的物質粒子的確存在。後來他們使用更靈巧且更複雜的技術,獲得了長久來夢寐以求,並讓人嘆為觀止的個別分子和原子的影像。

  在以下篇幅中,我想簡略談談科學家究竟發現了些什麼。內容包括一些存在於我們周遭,跟我們的呼吸、穿著、燃燒、觀察等種種生活細節有關的分子。書中畫出分子圖的主要目的,是要讓你在最低的專業背景下,認識這些分子的多樣性質。其中蒐羅、描述的分子,範圍極廣、從最簡單的到複雜的都有。

  從表面上看,有些分子只能做無聊的事,譬如甲烷(15,這數字是分子在書中的序號)只能當燃料而已。其他的分子會入選,原因不一而足,有的是重要的分子構築元件、有的剛好構成某種典型味道或氣味、或是某種顏色的顯現因素。有些分子則是影響力非常大,因重要性而收錄,包括某些世界上最普遍的化合物,譬如纖維素(93),它可以生長成為巨林,也可以讓地表柔軟,又如DNA(203),它在生物世代交替過程中,負責傳遞遺傳密碼。

  此外,我們還將看到只要替換分子中的一、兩個原子,就會使燃料頓時轉變成毒品、使物質改變顏色、不能吃的變成美食、刺鼻的惡臭替換為芬芳的氣息。這種更換一、兩個原子,就造成分子性質重大改變,正是化學世界所要追求的奇蹟。

  本書的分子圖能告訴你許多分子的結構和形狀,單單分子圖就能讓人獲益匪淺。不過若是能進一步知曉隱藏其後的細節,以及了解分子如何運作及其功能,分子圖的內涵就會變得更為豐盛。

  本文之後的文字是用來解釋分子圖的背景資料,建議你如何思考看待分子並約略介紹一些試圖把原子、分子和物質性質連貫起來的理念。化學把司空見慣的現象跟基本理念橋接了起來,這兒我將非常簡單地向你介紹這座橋。若是運氣不錯的話,你將會約略了解化學家的想法。(摘自〈在導覽之前〉)

 

詳細資料

  • ISBN:9789862162200
  • 叢書系列:科學天地
  • 規格:平裝 / 310頁 / 17 x 23 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

第一章 簡單物質

這類分子也許很簡單,但絕非不重要,它們包括了空氣中的各種氣體成分以及海洋中的水。即便它們不見得都是生命的組成要件,卻是生命出現的必須條件。它們也在大災難中扮演殺手,因為這類分子中包括了一些汙染、破壞自然的物質。大自然要逃過它們的荼毒,才有機會欣欣向榮。
除非你正在深海當潛水夫,否則你平常是浸泡在氣體中,其中約有五分之四為氮氣、五分之一為氧氣。氣體分子永遠不停到處亂竄(沒錯,「氣體」一詞的英文為gas,與「混亂」chaos共用同一個希臘字根)。這些氣體分子劃過空間的速度約與音速相當(在海平面高度約為每秒340公尺),一個分子在與另一分子發生碰撞後,會各自朝不同方向疾駛而去,而且每次發生碰撞後不到一秒鐘,又會與另一分子互撞。

同樣地,不斷會有大批分子快速撞上容器表面,包括你的容器表面(你的皮膚),使容器表面與你的皮膚承受持續的壓力,這壓力每平方公分約達1公斤重,卻並不被人覺察。
咱們一生就在這個巨大壓力之下蹣跚度過。即使身處平靜溫暖的夏日,或寂靜無擾的房間內,你全身上下都處在看不見的分子風暴攻擊下。風起時,只是分子流動偏向某一個方向,讓你某邊的臉感覺到了衝擊。有的時候這個看不見的分子激流力道可以強大到吹折樹木、摧毀建築物。不過我們人類吐氣開聲,稱為「演說」的動作更為強悍,因為:一言即足以喪邦。

空氣

我們並不確切了解地球上的大氣打哪兒來,或曾經發生過怎樣的變化。不過大家都同意,從天外飛來、聚集成地球前身的岩石和微行星,進行了「放氣」,因而造成最早期的大氣。今天類似的放氣現象仍發生在火山地區,據推測火山所釋放的氣體,在最初的大氣層中含量都應該非常豐富,主要成分有:水蒸氣、氫氣、氯化氫、一氧化碳、二氧化碳、氮氣以及一些含硫分子。不過目前的大氣中,只有氮氣仍然含量豐富。

我們不禁要問,其他氣體都跑哪去了?而不在其上的氣體又打哪來?本節和下一節提供了其中幾個答案,只不過都是些有點靠著聰明想像出來,而有可能與事實不相符的推測。

首先,有一樣物質的去處可以馬上解決,那就是氫氣分子。氫氣非常輕、移動得非常快,很容易逃脫地球的重力拉扯,進入太空後消失,就像今天新形成的氫氣所做的一樣。

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