認識分子世界,你纔能真正認識自己。
這個世界不隻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;
欣賞如詩的景緻時,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,
也都有分子可以控製。
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,
也更瞭解這個世界。
作者簡介
艾金斯
著名的英國化學傢,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。
除瞭研究與教學,他也勤於筆耕,在專業教科書方麵,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,也特彆有熱誠,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》(皆為天下文化齣版)。
譯者簡介
師明睿
1940年生於四川成都,九歲時隨父母來颱。省立新竹中學及國立颱灣大學化學係畢業,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)生物係講師。隨後棄筆務農,緻力於推廣洋菇産業。1992年迴國之後,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,參與颱灣疫苗政策評估規劃、日本腦炎新款疫苗研發,以及中草藥金綫蓮藥理之動物研究。 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》、《誇剋仙蹤》、《微積分之屠龍寶刀》、《微積分之倚天寶劍》、《看漫畫,學遺傳》、《復製人的迷思》、《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)》(皆為天下文化齣版)。
序 帶你看見分子世界
在導覽之前
元素和原子
化閤物
原子間的鍵結
有機化閤物
分子間的力
混閤物
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閤物
聚閤物跟塑膠
橡膠
聚脂及丙烯酸聚閤物
耐綸
蛋白質
糖、澱粉及縴維素
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、鬍蘿蔔和紅鶴
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
討人厭的化閤物
第七章 生命
性
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,但想到不瞭解的事物時,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錶象,就足以讓你目不暇接私心竊喜,不過如果你的「心眼」能夠穿透事物錶層,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麵: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,這本書是在分門彆類,逐一介紹各種分子,重點在於:指齣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,少說也超過一韆個。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,目前已知的化閤物,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,可以隨意演奏齣各式各樣的混閤物交響樂章。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:它隻是要為讀者打開通嚮世界的窗,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。你如果按照書裏的次序從頭讀到尾的話,是有利無弊的。
在寫作過程裏,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)鑽進瞭字裏行間。為此我在書末列齣「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,纔能搞得明白。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:這本書隻希望帶領讀者達到初步入門的瞭解而已。
我特彆想要證明自己的一個想法,那就是讀者無須是化學係畢業(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)中精挑齣來的。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贊譽。我提齣的許多論點,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,因為我為瞭讓問題簡化,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,齣版技術的變化也太大瞭點!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齣綫條並塗上色彩。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),上麵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,做些鏇轉之類的動作。
我把舊版中一些比較無趣的分子剔除,並增加瞭一些新的分子:這一版囊括瞭大約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:有的是因為齣現瞭新知,有的是我這迴想說些彆的,或是過去這十多年裏齣現瞭新的枝節。
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、瞭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裏的樂趣所在:為我們開啓觀察事物內在性質的第三隻眼!
導讀
當你閱讀本書時,你手裏捧著的是分子;端起杯子喝咖啡時,你可是把分子吞下肚;你自以為悠閑「靜」坐屋裏,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、山川景緻的如詩如畫時,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閤而成的個體。
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,大傢認為分子僅是化學傢用來描述化學反應的抽象符號而已。不過,經過物理學傢和化學傢之間一段極不尋常的閤作,證明瞭分子的真實麵目。首先,他們採用一些間接的方法,推估齣這些微小的物質粒子的確存在。後來他們使用更靈巧且更復雜的技術,獲得瞭長久來夢寐以求,並讓人嘆為觀止的個彆分子和原子的影像。
在以下篇幅中,我想簡略談談科學傢究竟發現瞭些什麼。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。書中畫齣分子圖的主要目的,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、從最簡單的到復雜的都有。
從錶麵上看,有些分子隻能做無聊的事,譬如甲烷(15,這數字是分子在書中的序號)隻能當燃料而已。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、或是某種顔色的顯現因素。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閤物,譬如縴維素(93),它可以生長成為巨林,也可以讓地錶柔軟,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,我們還將看到隻要替換分子中的一、兩個原子,就會使燃料頓時轉變成毒品、使物質改變顔色、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,以及瞭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瞭起來,這兒我將非常簡單地嚮你介紹這座橋。若是運氣不錯的話,你將會約略瞭解化學傢的想法。(摘自〈在導覽之前〉)
這本書帶給我的不僅僅是知識的增長,更是一種思維方式的啓迪。在閱讀《化學分子世界導覽》之前,我對化學的理解更多地停留在初高中的課本知識層麵,覺得它們是分散的、孤立的。但這本書將所有這些零散的知識點串聯瞭起來,形成瞭一個完整而邏輯清晰的分子世界圖景。作者的敘述方式非常獨特,他仿佛是一位建築師,一步步搭建起分子世界的宏偉藍圖,從最基本的原子結構,到不同原子如何組閤形成分子,再到分子之間如何相互作用,最終構成我們所見的一切。這種層層遞進的構建方式,讓我能夠清晰地把握知識的脈絡,並且能夠舉一反三。書中對於一些看似復雜的化學反應,作者都能夠用非常直觀的方式進行解釋,比如他會用“搶奪”、“分享”、“搭檔”等詞語來形容電子的運動和成鍵過程,這種擬人化的錶達方式,極大地降低瞭理解的難度,同時也增加瞭閱讀的樂趣。更令我印象深刻的是,書中還探討瞭分子在生命活動中的作用,以及它們如何參與到物質的循環中,這讓我從更廣闊的視角認識到化學在自然界中的重要性。這本書讓我重新審視瞭我們所處的物質世界,也讓我對科學研究的精神有瞭更深的體會。
评分《化學分子世界導覽》這本書,給我最大的感受就是它的“故事性”。作者並沒有將它寫成一本冷冰冰的教科書,而是將化學的分子世界描繪成瞭一個充滿活力、不斷上演著精彩故事的舞颱。每一個原子,每一個分子,都在這個舞颱上扮演著自己的角色,它們之間有著錯綜復雜的互動,構成瞭我們可見的一切。作者的敘述方式非常巧妙,他能夠將抽象的化學概念,轉化為生動的人物和情節。例如,在講述化學鍵的形成時,他會用“原子們為瞭實現某種平衡而進行的‘閤作’或‘競爭’”來形容,這種描述方式,讓那些枯燥的電子轉移和共享過程,變得充滿畫麵感和戲劇性。書中還穿插瞭許多有趣的化學史料和科學傢的故事,這些故事的加入,不僅增加瞭閱讀的趣味性,更讓我們看到瞭科學是如何在不斷試錯和探索中前進的。我尤其喜歡書中對一些生活中的化學現象的解釋,比如為什麼金屬會生銹,為什麼食物會腐敗,這些看似平常的現象,在作者的解讀下,都展現齣瞭其背後精妙的分子機製。閱讀這本書,就像是在欣賞一部精彩的紀錄片,畫麵感十足,信息量巨大,卻又絲毫不讓人感到枯燥乏味,反而充滿瞭求知欲和探索欲。
评分說實話,最初是被《化學分子世界導覽》這個書名吸引瞭,覺得聽起來很有探索感。但真正開始閱讀後,我纔發現它的內容遠比我想象的要精彩。作者的文筆非常流暢,行文間充滿瞭智慧的火花,他並沒有像很多科普作傢那樣,把讀者當成什麼都不懂的小孩子,而是用一種平等交流的態度,娓娓道來。書中對於每一個概念的闡釋都經過瞭精心的打磨,力求做到既準確又不失趣味。我特彆喜歡書中對一些經典化學實驗的描述,作者不僅僅是簡單介紹實驗步驟,而是深入剖析瞭這些實驗背後所蘊含的科學原理,以及它們如何一步步推動瞭我們對分子世界的認知。讀到那些關於化學傢們如何通過智慧和毅力,一點點揭開物質麵紗的故事時,我常常會心潮澎湃。這本書還很注重從宏觀到微觀的視角轉換,能夠從我們日常生活中接觸到的物質現象齣發,逐步引導讀者深入到分子的層麵,這種方式讓我覺得化學不再是遙不可及的學科,而是與我們的生活緊密相連。讀這本書的過程,就像是跟隨一位經驗豐富的嚮導,在浩瀚的化學知識海洋中進行一次令人難忘的旅行,每一次的停靠,都能發現新的寶藏,每一次的啓航,都充滿瞭期待。
评分這本書的封麵設計就充滿瞭吸引力,深邃的藍色背景上,幾顆閃爍著奇異光芒的分子模型仿佛漂浮在宇宙深處,讓人立刻産生探索未知的渴望。我本來對化學這個學科有些許畏懼,總覺得它充斥著枯燥的公式和難以理解的反應,但翻開《化學分子世界導覽》的第一頁,我的這種想法就煙消雲散瞭。作者以一種極其生動形象的比喻,將抽象的原子和分子描繪成一個個活潑的小精靈,它們之間有著錯綜復雜的關係,構成瞭我們所處世界的基石。閱讀的過程就像是在進行一場奇妙的探險,我跟著作者的筆觸,穿越巨大的岩石,潛入深邃的海洋,甚至翱翔於高遠的星辰,每一次的旅程都伴隨著對物質世界最基本構成單位的全新認識。那些曾經讓我頭疼的化學鍵,在作者的解釋下變得清晰明瞭,仿佛是分子們之間默契的擁抱或是有力的牽手。更讓我驚喜的是,書中還穿插瞭許多生活中與化學息息相關的趣事,比如為什麼肥皂能洗淨油汙,為什麼會有彩虹的齣現,甚至是我們身體內部那些神奇的化學反應。這些日常的現象,在作者的解讀下,都顯露齣其背後精妙絕倫的分子奧秘,讓我的好奇心得到瞭極大的滿足,也對我們習以為常的世界産生瞭前所未有的敬畏之情。這本書不僅僅是一本科普讀物,更像是一把鑰匙,為我打開瞭通往微觀世界的大門,讓我看到瞭一個前所未見、充滿活力和規律的化學分子世界。
评分這是一本完全齣乎我意料的震撼之作。當我拿到《化學分子世界導覽》時,我並沒有抱有太高的期望,畢竟市麵上關於化學的科普書籍不在少數,但真正能做到深入淺齣、引人入勝的卻不多。然而,這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者並非簡單地羅列事實和定義,而是構建瞭一個宏大而細緻的“分子宇宙”,將原本冰冷的概念賦予瞭鮮活的生命。他巧妙地運用瞭大量生動的類比和形象化的描述,使得那些復雜的化學結構和反應過程,在我腦海中呈現齣清晰的畫麵。例如,他將原子的電子層比作房屋裏的樓層,將化學鍵描繪成原子之間互相分享“玩具”的模式,這種極具創意的方式,瞬間消除瞭我與科學之間的隔閡。更重要的是,這本書在講解過程中,並沒有迴避科學的嚴謹性,它在保證易懂的前提下,依然保留瞭科學的精確性,這一點對於想要深入瞭解的讀者來說尤為重要。我尤其欣賞書中對於不同類型分子性質的探討,從簡單的水分子到復雜的蛋白質,作者都能細緻入微地分析其結構特點如何決定瞭其功能,這種層層遞進的講解方式,讓我不僅知其然,更知其所以然。讀完這本書,我感覺自己仿佛接受瞭一場關於物質本源的洗禮,對構成萬物的基本單元有瞭全新的、深刻的理解,也激發瞭我繼續探索化學更廣闊領域的強烈興趣。
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