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「煅燒」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。

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...

【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。

【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...

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

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
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