週期錶一讀就通

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齋藤勝裕
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圖書描述

  特別介紹由日本最先、亞洲首度發現的第113號元素「鉨」。
  透過週期錶,讓你更瞭解元素的構造及特性。
  用身邊隨處可見的例子,帶領大傢輕鬆愉快地進入週期錶與化學的世界中!
 
  隻要看週期錶就能夠看齣元素的特質?
  原來週期錶就等同於元素的日曆?
  週期錶就像是英文的字母錶一樣重要?
  從週期錶就能瞭解原子的結構、性質及反應性!
 
  用淺顯易懂的圖示及解說來介紹週期錶中構成整個宇宙的118種元素
  原來週期錶不像是我們想的那樣艱澀難懂,
  從基礎的原子結構一路講解到各元素的性質解說,
  讀完本書後你會驚訝地發現,原以為艱難的週期錶,也能讓人輕鬆讀懂,甚至深具魅力!
 
  ●原子與元素有什麼不同?
  --原子是物質,但元素既沒有質量也沒有體積,是一種概念
  ●核反應是什麼?
  --如同原子、分子反應成同種或者其他分子,原子核也會進行反應。原子核的反應就稱為核反應。
  ●原子是什麼形狀?
  --沒有人見過原子。但綜閤各種實驗結果,目前大多認為原子是一種雲狀的球體。
  ●原子的性質怎麼決定的?
  --由最外層的電子決定。
 
好的,這是一份關於一本名為《週期錶一讀就通》的圖書的詳細介紹,該介紹完全聚焦於不包含《週期錶一讀就通》一書內容的方麵: --- 《星辰的低語:宇宙的奧秘與恆星的生命史詩》 一本深入探索宇宙宏大結構、恆星演化、黑洞物理與暗物質/暗能量本質的權威性科普巨著。 內容聚焦:超越化學元素的極限視野 本書並非聚焦於地球上物質構成的基石——元素周期錶及其在化學反應中的規律,而是將讀者的目光投嚮瞭更為廣袤無垠的宇宙空間。它是一部關於宇宙學、天體物理學和粒子物理學交叉領域的深度探索指南,旨在揭示宇宙的起源、演化曆程及其終極命運。 本書結構嚴謹,內容涵蓋瞭從普朗剋時代至今的宇宙曆史,並對當前物理學前沿的重大未解之謎進行瞭詳盡的剖析和梳理。全書共分為五大部分,近四十個章節,力求為對宇宙學有濃厚興趣的普通讀者和專業學生提供一份全麵、深刻且引人入勝的讀物。 第一部分:宇宙的黎明與結構起源 本部分著重於宇宙的誕生與早期曆史,完全避開瞭對元素周期錶中具體元素的性質、排布和電子結構進行的詳細論述。 1. 暴脹理論的精確檢驗: 詳細闡述瞭宇宙暴脹模型如何解決視界問題和磁單極子問題。內容包括對早期宇宙微波背景輻射(CMB)各嚮異性數據的分析,特彆是普朗剋衛星和WMAP任務提供的B模極化證據的解讀,這些分析聚焦於引力波背景的觀測,而非特定元素的核閤成過程。 2. 早期宇宙的相變與結構形成: 探討瞭從誇剋-膠子等離子體到強子時代的過渡,強調瞭物質-反物質不對稱性的起源。章節深入分析瞭早期宇宙中引力不穩定性如何導緻大尺度結構的形成——星係團、超星係團和宇宙網的雛形,而非元素在核反應堆中的生成。 3. 暗物質的引力證據鏈: 本章係統迴顧瞭證明暗物質存在的經典證據,如星係鏇轉麯綫、星係團的維裏裏定理應用以及引力透鏡效應的定量測量。重點分析瞭引力場如何塑造宇宙結構,與普通物質的分布形成鮮明對比。 第二部分:恆星的生與死:核融閤的尺度與終結 盡管恒星是自然界中生成重元素的主要“熔爐”,但本書的關注點在於恒星作為宏大物理係統的生命周期,而非其內部發生的特定核聚變反應的化學計量細節。 4. 主序星的能量輸齣與壽命預測: 探討瞭氫燃燒的物理機製,側重於恒星演化軌跡在赫羅圖上的錶示,以及恒星質量如何決定其壽命的冪律關係。分析瞭錢德拉塞卡極限對白矮星穩定性的製約,這是基於引力與電子簡並壓的平衡,而非化學惰性。 5. 超新星爆發:能量的極限釋放: 詳細描述瞭II型超新星和Ia型超新星的物理機製。著重於衝擊波的傳播動力學和爆發時釋放的總能量(約 $10^{51}$ 爾格)。對於元素閤成的討論僅限於其作為超新星物理學結果的背景,不進行周期錶內特定元素的詳細化學分析。 6. 中子星與脈衝星的極端物理: 深入討論瞭在極端密度下物質的特性,包括誇剋物質的可能存在狀態以及強磁場對物質的束縛效應。分析瞭脈衝星的輻射機製和引力波的探測。 第三部分:時空的幾何學與黑洞物理 本部分完全脫離瞭化學範疇,轉嚮愛因斯坦廣義相對論對時空結構的影響。 7. 史瓦西解與剋爾解的幾何特性: 詳盡解析瞭非鏇轉和鏇轉黑洞的度規張量,重點分析瞭事件視界、奇點和能層的拓撲結構。討論瞭彭羅斯過程,即從鏇轉黑洞中提取能量的理論機製。 8. 引力波天文學的新視界: 概述瞭LIGO/Virgo閤作組織如何探測到雙黑洞並閤事件。分析瞭波形建模(如數值相對論模擬)在從引力波信號中提取黑洞參數(質量、自鏇)中的關鍵作用,這屬於純粹的動力學和幾何學範疇。 9. 黑洞的蒸發與信息悖論: 探討瞭霍金輻射的量子場論處理方法,分析瞭信息如何從黑洞中逃逸或丟失,這是理論物理學中最深刻的難題之一。 第四部分:宇宙的加速膨脹與暗能量的謎團 本部分關注於驅動宇宙當前加速膨脹的神秘驅動力——暗能量。 10. 宇宙學常數與$Lambda$CDM模型: 詳細闡述瞭宇宙學常數在愛因斯坦場方程中的地位,以及它在標準宇宙學模型($Lambda$CDM)中的作用。分析瞭早期對減速的觀測預期與後期加速膨脹的觀測結果之間的衝突。 11. 暗能量的候選者: 係統比較瞭暗能量的主要理論模型,如第五元素(Quintessence) 場、修正引力理論(如$f(R)$引力)等,重點關注它們對宇宙狀態方程($w$參數)的預測差異,而非與物質屬性的化學關聯。 12. 豪斯曼定標與暗能量的演化: 探討如何利用不同時期的觀測數據(如Ia型超新星、重子聲學振蕩BAO)來約束暗能量的動態性質,嘗試確定 $w$ 是否隨時間變化。 第五部分:粒子物理學的延伸:超越標準模型 本書的收尾部分將視野縮小到最小尺度,探討構成物質的更基本粒子,並尋找超越現有物理學框架的可能性。 13. 標準模型的局限性與希格斯場: 迴顧瞭粒子物理學標準模型的結構,解釋瞭希格斯機製如何賦予基本粒子質量。著重於其自發對稱性破缺的數學框架。 14. 超對稱性(SUSY)的理論動機與實驗搜尋: 詳細介紹瞭為解決層級問題和統一耦閤常數而提齣的超對稱理論。討論瞭在大型強子對撞機(LHC)中對超伴侶粒子(如光微子、超誇剋)的直接搜尋結果和限製。 15. 弦理論與M理論的幾何願景: 作為理論物理學的最前沿,本章簡要介紹瞭弦理論如何嘗試統一量子力學和廣義相對論,涉及額外的空間維度、卡拉比-丘流形(Calabi-Yau Manifolds)的拓撲結構,以及如何從這些高維結構中“湧現”齣我們所觀測到的四維時空和基本粒子譜。 --- 本書的讀者畫像: 本書專為那些對宇宙的宏偉尺度、極端物理現象以及驅動宇宙演化的基本力量抱有強烈好奇心的人士設計。它假設讀者具備基礎的物理學概念,但不需要深入的化學知識背景。它是一次純粹的時空、能量與結構的哲學與科學之旅。全書拒絕瞭對元素周期錶中特定格位數值或化學鍵閤規律的任何深入探討,而是緻力於揭示物質和能量在宇宙尺度上相互作用的根本定律。

著者信息

作者簡介
 
齋藤勝裕

  1945年5月3日生,1974年東北大學研究所理學研究科博士課程結業。現為愛知學院大學客座教授、中京大學外聘講師、名古屋工業大學名譽教授。專業領域包含有機化學、物理化學、光化學、超分子學。著作有《科學料理》、《3小時讀通有機化學》、《3小時讀通無機化學》(世茂)、等等。
  
譯者簡介
 
衛宮紘
 
  清華大學原子科學院學士班畢。現為自由譯者。譯作有《上司完全使用手冊》(東販)、《超慢跑入門》(商周)、《男人懂瞭這些更成功》(潮客風)、《世界第一簡單電力係統》(世茂)……等。賜教信箱:emiyahiro@hotmail.com.tw
 

圖書目錄

序言1
第1章 原子是什麼東西?
118元素週期錶
1-1 原子是怎麼形成的?
1-2 原子與元素有什麼不同?
1-3 原子是什麼形狀?
1-4 原子序是根據什麼決定的?
1-5 同位素是什麼東西?
1-6 亞佛加厥常數是什麼樣的數?
1-7 核反應是什麼?
 
第2章 電子是什麼東西?
2-1 電子位於電子層
2-2 量子數決定電子的性質
2-3 電子形成電子雲
2-4 電子層分成不同的軌域
2-5 軌域呈現有趣的形狀
2-6 填進軌域時的規則
2-7 K層與L層的電子組態
2-8 最外層電子決定原子的性質
 
第3章 由週期錶可知道什麼事情?
3-1 週期錶是元素的日曆
3-2 族與週期是週期錶的骨架
3-3 週期錶是電子組態的鏡子
3-4 分成典型元素與過渡元素
3-5 過渡元素的襯衫變化
3-6 由電子組態看元素的分類
3-7各種不同的週期錶
 
第4章 由原子、分子看週期錶
4-1 原子半徑的週期性
4-2 離子價數的週期性
4-3 遊離能的週期性
4-4 電負度的週期性
4-5 酸性氧化物與鹽基性氧化物
4-6 形成分子纔齣現的性質
4-7 化學鍵結與週期錶
 
第5章 由物理性質看週期錶
5-1 物質的氣體、液體、固體
5-2 熔點與週期錶
5-3 固體與結晶
5-4 晶形與週期錶
5-5 金屬元素的特色
5-6 金屬元素與週期錶
5-7 稀有金屬與稀土金屬
5-8 稀有金屬分布不均
 
第6章 第1、2、12族元素
6-1 第1族元素的性質
6-2 氫的性質
6-3 其他第1族元素的性質
6-4 第2族元素的性質
6-5 鎂與鈣的性質
6-6 其他第2族元素的性質
6-7 第12族元素的性質
 
第7章 第13~15族元素
7-1 第13族元素的性質
7-2 硼與鋁的性質
7-3 其他第13族元素的性質
7-4 第14族元素的性質
7-5 碳和矽的性質
7-6 其他第14族元素的性質
7-7 第15族元素的性質
7-8 氮與磷的性質
7-9 其他第15族元素的性質
 
第8章 第16~18族元素
8-1 第16族元素的性質
8-2 氧與硫的性質
8-3 其他第16族元素的性質
8-4 第17族元素的性質
8-5 氟與氯的性質
8-6 其他第17族元素的性質
8-7 第18族元素的性質
8-8 氦與氖的性質
8-9其他第18族元素的性質
 
第9章 過渡元素各論
9-1 過渡元素的種類
9-2 第4族元素的性質:仿真鑽石
9-3 第5族元素的性質:石油生物起源說的論據
9-4 第6族元素的性質:為夜晚帶來光明的元素
9-5 第7族元素的性質:在深海底部滾動的團塊
9-6 第8族元素的性質:有機化學不可欠缺的催化劑
9-7 第9族元素的性質:能夠上釉、電鍍的便利金屬
9-8 第10族元素的性質:牙齒治療常見的閤金
9-9 第11族元素的性質:具代錶性的貴金屬
 
第10章 稀土元素
10-1 稀土金屬(稀土元素)的種類
10-2 稀土金屬的物性
10-3 稀土金屬的生產
10-4 稀土金屬的發光性
10-5 稀土金屬的磁性、超導性
 
第11章 錒係元素
11-1 主要錒係元素的性質
11-2 鈾的同位素與核分裂
11-3 連鎖反應與臨界量
11-4 原子爐的條件
11-5 原子爐的結構與運轉
11-6 超鈾元素
11-7 鉨
參考文獻
索引

圖書序言

  • ISBN:9789865408787
  • 叢書係列:科學視界
  • 規格:平裝 / 208頁 / 14.8 x 21 x 1.35 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

序言
 
  本書主要是透過週期錶來讓大傢瞭解原子的結構、性質及反應性。說到週期錶,可能會讓人想起高中時期需要死背的無趣化學,從而感到心情低落吧。不過,本書絕對不是那種艱澀古闆的教科書,而是能夠帶領大傢輕鬆愉快地進入週期錶與化學世界的輕鬆讀物。
 
  宇宙是由物質構成,而所有物質皆是由原子組成。宇宙中的物質種類有無限多種,但構成物質的原子卻僅有90種左右。這90種左右的原子會集結成分子,再由分子結閤成物質。
 
  原子的結構單純,整體看來宛如由雲朵構成的球體,正中央有著小小的原子核,周圍纏繞著雲狀般的電子雲。原子核帶有+1電荷的質子,質子個數為原子的原子序Z;而構成電子雲的電子則帶有-1電荷,電子個數跟質子個數相同。因此,整個原子會呈現電中性。
 
  將這些原子集結成的元素,按照原子序Z的順序排成元素的行列後,會發現有趣的事情:Z=1的氫、Z=3的鋰、Z=11的鈉、Z=19的鉀,皆容易形成+1的陽離子,彼此間都具有相似的性質。週期錶就是像這樣反覆縱嚮排列相似性質的元素,其原理跟每7天一個循環的日曆相同,就像是日曆最左端不論上下排列的都是快樂的星期天,週期錶左端的第一族元素也皆具有類似的性質及反應性。
 
  瞭解這件事情後再來觀看週期錶,能夠在某種程度上推測元素的性質,像是可知第一族元素容易形成1價陽離子、第二族元素容易形成2價陽離子等等。這就是週期錶的價值與意義。
 
  由週期錶可知,奧林匹剋獎牌的金、銀、銅都排列在週期錶的第十一族,與金、銀同為貴金屬的鉑、鈀則排列在金、銀的左邊。
 
  經常作為原子爐燃料的鈾、鈽,是位於週期錶底部的超重元素,被期待未來可以作為原子爐燃料的釷,也屬於超重元素。
 
  最近蔚為話題的稀土金屬,本身具有發光性、磁性等特異性質,成為瞭雷射、儲存元件等產業上不可欠缺的原料。另外,像是可以製成強力磁鐵來實現超小型馬達等現代科學的方麵上,稀土元素也廣泛受到運用。稀土金屬是第三族元素的一部分,全部共有17種元素。
 
  然而,其中有15種元素不列入週期錶的主錶,而像是附屬品般列於週期錶下方的副錶中,這15種元素宛若十五胞胎般具有類似的性質。實際上,稀土元素也因彼此具有類似性質而難以分離。
 
  週期錶對應著元素的結構,尤其忠實地對應瞭電子組態。然後,電子組態會影響原子的性質和反應性,所以週期錶也理所當然地會對應原子的性質及反應性。
 
  讀完本書後會驚訝地發現,高中時期覺得艱難的週期錶,竟然如此栩栩如生、深具魅力。透過本書親近週期錶後,相信大傢也會開始覺得化學平易近人,進而成為化學的粉絲的。
 
  最後,感謝緻力於本書付梓的SB Creative的石周子先生、品田洋介先生、為本書描繪有趣插圖的井口韆穗小姐、參考書籍的作者們以及齣版社同仁。
 
齋藤勝裕

用户评价

评分

這本書在邏輯構建上的精妙布局,讓我感受到瞭作者深厚的功力。它不是簡單地把元素按照原子序排列,而是進行瞭一種非常巧妙的“主題式”劃分。一開始,它沒有急著丟齣復雜的概念,而是從最基礎的“物質的構成”這個哲學命題切入,引導讀者建立一個宏觀的認知框架。然後,它循序漸進地將元素按照“傢族特性”進行分組講解,比如“堿金屬的火爆脾氣”、“鹵素的強悍個性”,這種分類方式比起傳統的“看族”講解,更能讓人抓住重點。我發現,當我讀完一個“傢族”的介紹後,腦子裏對這些元素的性質和反應趨勢就形成瞭一個清晰的脈絡,而不是一堆零散的知識點。最讓我印象深刻的是,作者在解釋“趨勢變化”(比如電負性、原子半徑的變化)時,他會用一種“地圖導航”的比喻,告訴你在這張周期錶上,你往哪個方嚮走,這些性質就會增強或減弱。這種立體化的思維導圖構建,極大地提升瞭我對化學世界的空間感知能力,讓我不再覺得周期錶隻是一張平麵錶格,而是一個充滿規律的“化學宇宙”。

评分

真正讓我覺得物超所值的是,這本書對周期錶“演化史”的梳理,非常到位。我們知道,元素錶的形成過程充滿瞭爭議、天纔的直覺和大量的試錯。這本書沒有把這些曆史細節當作可有可無的背景知識帶過,而是給予瞭足夠的篇幅去細說。它詳細描述瞭道爾頓、道貝萊納,特彆是門捷列夫在構建周期錶過程中,如何頂著巨大的壓力,甚至要大膽預測尚未發現的元素的特性。這些故事不僅充滿瞭戲劇性,更重要的是,它教會瞭我一種科學方法論:科學發現不是一蹴而就的,而是建立在前人紮實工作和大膽假設之上的。通過這本書,我理解瞭為什麼周期錶會是現在的樣子,它背後的邏輯和曆史的必然性。這讓我對周期錶産生瞭一種前所未有的敬意,它不再是一個冷冰冰的工具,而是一部人類智慧的編年史。這種對知識“來龍去脈”的深度挖掘,讓這本書的價值遠遠超齣瞭“入門指南”的範疇,它更像是一部關於科學探索精神的勵誌小傳,讓人讀完之後,對學習任何復雜的學科都會多一份耐心和信心。

评分

我得說,這本書的敘事手法真是太接地氣瞭,完全不是那種高高在上、學術腔十足的專傢口吻。作者的文筆非常流暢自然,讀起來就像是隔壁那個很懂行的學長在跟你喝茶聊天,手把手教你入門。他總能找到最貼近生活、最能引起共鳴的例子來解釋那些拗口的化學原理。比如,講到惰性氣體為什麼那麼“孤僻”,作者居然拿我們颱灣人愛熱鬧的性格做反差對比,一下子就讓人明白它們為什麼不愛反應瞭。更妙的是,他會穿插一些曆史小故事,介紹元素的發現過程,那些科學傢為瞭確認一個新元素,在實驗室裏熬夜、爭吵、甚至差點破産的經曆,讀起來比看小說還有意思。這種“人味兒”的敘述,極大地降低瞭閱讀門檻。我以前對化學的印象就是各種公式和復雜的反應式,讓人望而生畏,但這本書把這些科學的骨架,用非常柔軟、有趣的故事血肉給包裹起來瞭。讀完一個章節,我不僅知道瞭知識點,還順便瞭解瞭科學發展史的精彩片段,感覺自己獲取瞭雙倍的滿足感,這絕對是市麵上很多嚴肅科普書做不到的,它成功地將知識的“嚴肅性”和閱讀的“趣味性”做到瞭完美的平衡。

评分

這本書的“延伸閱讀”和“實踐思考”部分,設計得非常貼心,完全是為我們這種“動手能力差,但好奇心強”的讀者量身定做的。它不像很多書隻停留在理論層麵,而是不斷地拋齣一些開放性的問題,激發你去進一步探索。例如,在講到過渡金屬時,它會引導你去思考:“如果用這些金屬來製作餐具,你會選擇哪一種?為什麼?”這種思考題,立刻就讓你把書本知識和日常生活聯係起來,而不是讓知識點在讀完後迅速蒸發。更棒的是,它提供瞭一些非常簡單、在傢就能嘗試的小實驗綫索(當然是安全範圍內的),比如如何利用常見清潔劑中的成分來觀察某些元素的反應特性。雖然這些都不是嚴格的化學實驗,但對於培養“化學思維”絕對有幫助。它鼓勵的是一種探索精神,而不是死闆的照做。讀完這些部分,我感覺自己不僅僅是吸收瞭知識,更像是被賦予瞭一把“萬能鑰匙”,可以去解鎖生活中更多關於物質世界的奧秘,那種被賦予探索能力的成就感,是單純記憶知識點無法比擬的。

评分

這本書的排版和設計真的讓我眼睛一亮,現在的教科書或科普讀物,很多都搞得灰灰暗暗的,看起來就提不起精神。但《週期錶一讀就通》不一樣,它的用色大膽又活潑,那種鮮明的對比色調,一下子就把那些復雜的元素符號和原子結構圖給“點活”瞭。我尤其喜歡它在介紹新元素時,那個“檔案卡”的設計,不隻是冰冷的文字和數字,還配上瞭擬人化的插圖,像是給每個元素都裝上瞭“性格標簽”。這種處理方式,對於我這種化學基礎不算紮實,但又想深入瞭解的人來說,簡直是救星。以前看那些厚厚的化學書,看到周期錶就想繞道走,覺得那是一堵高牆,但這本書卻像是搭瞭一座有趣的橋梁,讓我輕鬆地邁過去。光是翻閱的過程,就充滿瞭樂趣,它不是讓你枯燥地背誦,而是引導你去“看”和“感受”元素之間的內在聯係。那些圖文並茂的解釋,讓原本抽象的化學概念變得具象化,就連我那個對科學不感興趣的錶弟,都忍不住拿起這本書翻瞭幾頁,說這個“看起來比較潮”。這種視覺上的舒適感和信息呈現上的新穎度,絕對是市麵上少有的亮點,讓人願意一遍又一遍地去翻閱,而不是束之高閣。

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