打造化學力(上) 一網打盡你必備的化學基礎

打造化學力(上) 一網打盡你必備的化學基礎
定價:280
NT $ 100 ~ 432
 

內容簡介

唯有《打造化學力》能夠:打開你愛上化學的開關,打好你的化學基礎。
這套書可以當成化學課本的補充教材,
課本上輕描淡寫忽略過的原理,
書上都用生活化的類比、簡單的實驗,讓你一看就明白。
讀了《打造化學力》就能讓你讀懂化學的趣味,
讀出好成績!

  美國的兩位化學教授,把生活中各層面遇到的問題,以化學觀點分析。乍看之下,跟一般科普書好像一樣,但跟其他科普書最大的差別是:它是最棒的化學補充教材。

  本書內容與高中課程緊緊相扣,而且每一章都由實驗揭開序幕,用家裡原有的廚房器材或清潔工具就可以完成,不是實驗高手,也可以動手探索科學世界。不想動手做實驗的人,看了這麼有趣的操作,也會躍躍欲試,就在不知不覺中,進入了奇妙有用的化學世界。

譯者簡介

陳偉民

  國立台灣師範大學畢業,曾任國中理化老師及高中化學教師。目前參與國中及高中教科書編寫,並從事通俗科學寫作及翻譯。著有《智多星出擊》I、II、《誰殺了大恐龍》、《天才小玩子》、《創意教學──理化篇》(與祁明輝合著)、《3D理化遊樂場》I、II(與林金昇、江彥雄合著,天下文化出版)及《大家來破案》。

 

目錄

譯介:如何打造化學力? 陳偉民
我有話要說
進入化學之門
安全叮嚀

加強實驗力首發
增進知識力預告
化學真有例首發

第一部
開場白 樂理、八音律與音階

第1章週期表一
加強實驗力1:水女巫
增進知識力1:原子與電子,大象與跳蚤
化學真有例1:質子與影印

第2章週期表二
加強實驗力2 銅與偷
增進知識力2:聽週期表在說話
化學真有例2:元素的多樣性

第3章氧化-還原反應
加強實驗力3:化學青紅燈
增進知識力3:氧化還原反應
化學真有例3:消防隊員與燃燒的化學

第4章酸-鹼化學
加強實驗力4 :紫甘藍指示劑
增進知識力4:「鹼」單
化學真有例4::游泳池的pH值

第5章沈澱反應
加強實驗力5:藍與黑
增進知識力5:化學伴侶:誰對誰做了什麼?
化學真有例5:硬水,軟水

第6章化學鍵
加強實驗力6:鍵,化學鍵
增進知識力6:把原子綁在一起
化學真有例6:半導體

第7章化學基本定律
加強實驗力7:寶石化學
增進知識力7:遵守定律
化學真有例7:那就是化學工程

第8章分子間作用力
加強實驗力8:層次分明
增進知識力8:在分子間滑行
化學真有例8:抽水馬桶的物理

第9章濃度
加強實驗力9:濃度與「鹽」色
增進知識力9:濃度──把分子集中起來
化學真有例9:濃郁度、芳香與酒

第10章氣相物質與氣相反應一
加強實驗力10:壓扁汽水瓶
增進知識力10:這是氣體
化學真有例10:屁啦

第11章氣相物質與氣相反應二
加強實驗力11:擴散
增進知識力11:氣體愛膨風
化學真有例11:呼吸的本質

採購清單與溶液配製
元素表I,依原子符號排序
元素表II,依原子序排列
圖片來源與注解:第1 ~ 11章

 

序言

  化學書籍通常分為兩類:教科書和兒童讀物。這些書基本上排除了一般讀者。有幾本很棒的書彌補了這項缺憾,包括卡魯克斯蒂和范黑克合著的《化學連結:日常現象的化學基礎》,以及蘇瓦茲著的《蘇老師化學黑白講》(蘇瓦茲的蘇老師系列,皆由天下文化出版)。然而,我們仍然決定,憑著我們的努力加入他們的行列,但相信本書呈現的手法會略有不同。

  我們希望寫一本在聊天中增進功力的化學書:一本可以坐在安樂椅上閱讀的化學書,可以在自己家裡無拘無束的翻閱,我們以幾個簡單明白的實驗(「加強實驗力」單元)使全書生動活潑,讓讀者在自家廚房或庭院就可以完成這些實驗。

  我們會寫這套書,是因為當初我們開始學習化學時,最喜歡這種類型的書。這本書是化學家寫的,但不是寫給化學家看的。這本書是寫給跟我們多年前一樣年輕的學生,以及和我們大家一樣好學的人看的。我們希望讀者在閱讀接下來的各章時,和我們在寫作時一樣快樂。

導讀

陳偉民

如何打造化學力?

  《打造化學力》這套書有幾個重要的特色:每一章的主文(「增進知識力」)之前至少都有一個實驗(「加強實驗力」);每一個實驗及每一章的「增進知識力」之前都有一段摘錄自文學作品的文字,這段引文中會提到化學或化學的專有名詞;每一章的「增進知識力」之後,都會有實例(「化學真有例」)介紹該章的化學原理如何運用在日常生活或工業中。

  「加強實驗力」所用的器材,都很容易取得,大多在五金行、大賣場或西藥房可以買到。由於「加強實驗力」的活動都簡單而安全,所以除了對化學有興趣的成人可以閱讀本書之外,中小學自然科及化學科教師也可參考本書的實驗,勢必使您的教學生色不少。國二以上資優學生及一般高中生應可自行研讀本書。

  本書的架構十分完整,可說對化學的各領域做了全面性的介紹。讀了之後,整體化學實力必然增強不少。書的筆調雖然輕鬆,但有些內容在程度上比目前高中課程還略為深入一點,如熱力學部分,對熵的概念著墨頗多。書中也預告了化學的未來,必將結合生物與醫學,努力改善環境與能源問題。對將來有志攻讀化學的學生,有很高的期許。

  在閱讀時,可以依書上指示,自己找材料進行其中的數個實驗。在〈增進知識力預告〉中提到的數個諾貝爾化學獎得主,他們小時候都曾自己動手做過化學實驗,那麼早點養成動手做實驗的習慣,真的會使你受益無窮。

文學中也充滿化學

  由本書引用的文學成品可以知道,許多傑出的文學家,對化學都有很大的興趣和相當的了解。本書中有引用雨果的《悲慘世界》,但我在此要引用該書另一段,來驗證雨果的化學知識相當先進。

  在《悲慘世界》第四集十二冊第三章中,愛國青年Grantaire說了一句:

  「同志們!我們將會推翻政府,就像在珠光脂酸(margaric acid)和蟻酸之間有15個脂肪酸一樣確定。不過,這對我完全不重要。各位先生,我父親討厭我,因為我不懂數學。我只懂愛與自由。」

  珠光脂酸的化學式為C16H33COOH,學名十七酸,因為它的分子中有17個碳原子;蟻酸的化學式為HCOOH,學名甲酸,因為它的分子中有1個碳原子。在兩者之間(兩端不算),顯然有15種脂肪酸分子,分別含2、3……16個碳原子。當然雨果並未把同分異構物列入計算,否則會有數千種分子。

  《悲慘世界》出版於1862年,書中描述的年代自拿破崙垮台的1815年起,前後約二十年。珠光脂酸是謝弗勒(Michel Chevreul, 1786-1889)在1813年進行一連串皂化實驗時發現的,他用?油進行皂化時,得到一種小的珍珠色晶體,他把晶體用酸分解,得到酸性物質,此酸性物質後來被命名為珠光脂酸。換句話說,在小說的時空背景中,珠光脂酸是剛發現不久的化合物,而且馬上就成為書中學生談話的內容。這足可印證本書作者強調的:從前的作者與讀者,化學知識顯然都比現代人好。

化學是娛樂事業

  為什麼現代人的化學知識反而不普及?我猜想,化學在十九世紀蓬勃發展時,成為知識份子間的顯學,但到了二十一世紀,化學已遭汙名化,某位美國化學家曾描述她開完化學的學術研討會後,沒有把名牌取下,就在公車站牌等車,結果同樣在等車的另一位婦女,看到她的名牌後,怒氣沖沖的指責她,大意是說:「你們這些人真可恥,化學毒害了這麼多人,你們竟然還要開會推動化學?」

  每次聽到人家說:「化學的不好,天然的尚好。」我心裡都不禁要嘀咕:「所有天然的,都是化學的。」無論天然的、人工的,只要是物質,沒有一樣不是由原子、分子組成的,沒有一樣不是化學研究的對象。

  本套書每一章後面的實例「化學真有例」,也是一種相當有創意的寫法,每一章中介紹的原理,立刻以日常生活或工業的實例驗證。其中最精采的是下冊第三部第22章的實例,以一場命案的發生,介紹如何運用分析化學的技術,抽絲剝繭,最後查出致命的真正原因。化學家和偵探的工作真的有許多相似之處,而現代偵探也要靠著化學證據才能辦案!透過刑事鑑定,幾乎可以學到所有的化學。各位老師不妨趁著CSI熱潮,多向學生介紹一些化學。

  這是一本充滿趣味的化學書,作者筆調輕鬆幽默,在閱讀過程中,常會因作者巧妙的譬喻而發出會心的微笑。我常跟學生講:化學是娛樂事業。希望你讀完這兩本《打造化學力》後,也有同感!

  本書在翻譯過程中,盡量保持原書的幽默格調。原書押韻之處,譯文也盡量保持押韻;原書使用雙關語之處,譯文也盡量找到一語雙關又不失原意的中文字句。書中所有引用的文學作品,均找出原書,至少讀完引文前後那一章,才下筆翻譯。書中每一章所涉及之化學概念,均與原作者以e-mail往返討論數次才定稿。翻譯過程雖已力求完美,然因個人才疏學淺,不免仍有錯誤之處,請讀者們多多指教。

 

內容連載

增進知識力 1

原子與電子,
大象與跳蚤

科學是感官的……
—愛默生(Ralph Waldo Emerson, 1803-1882),約1830年

在上述引言中,愛默生可不是在暗示咱們,科學很性感喔!他的意思是說,科學原理奠基於各種感官的知覺:觸覺、味覺、聽覺、視覺與嗅覺。但若提到原子的理論,感官可就行不通了。我們看不到個別原子的身影、嚐不到單一個原子的滋味、感受不到單一個原子的振動、聽不到單一個原子的聲音,也聞不到單一個原子的氣味。如果有人用一個鎢原子砸在我們頭上(鎢原子在眾原子中算是很重的了),我們還是傻乎乎的完全沒感覺。

我們無法用感官察覺單一個原子的存在,是因為原子實在太小了。幾千萬個原子排成一列,才差不多等於一粒米的長度而已。構成原子的粒子又比原子還小,原子中心的原子核是由質子和中子組成的,質子的半徑大約只有數飛米而已,1飛米等於10-15 公尺,也就是一千兆分之一公尺,實在超小!質子和中子的質量大約都只有10-24公克,也就是一兆兆分之一公克,對誰來說都夠小了。

但是電子的質量大約只有質子或中子質量的兩千分之一而已!拿電子與質子相比,好像拿跳蚤與大象相比—在這裡質子就像大象一樣。當我們計算大象的質量時,不用把大象身上跳蚤的質量也算進去;我們計算原子的質量時,也不用把電子的質量算進去。

問題來了:如果構成原子的粒子小到我們無法用感官察覺,我們怎麼知道它們確實存在?當然是經由推論得知囉。人類很早就知道,感官的知覺有其極限。視覺、聽覺與觸覺常有錯覺,因此我們對於世上無法嗅聞、觸摸與目視的物質,已經學會要觀察間接的效應,來推論成因。當查兌克(Sir J. Chadwick, 1891-1974)尋找中子存在的證據時,拉塞福(E. Rutherford, 1871-1937)對他的忠告,就把這個觀念闡釋得很好。拉塞福說:

在倫敦最熱鬧的皮卡迪里圓環,你要怎麼找到隱形人?……看看哪裡有人被推開就知道啦!

湯木生(J. J. Thomson, 1856-1940)用類似的方法,在1897年利用自己與他人的實驗結果,推論出電子的存在。根據共識,電子帶負電。湯木生利用電子束在磁場中的曲率半徑,測定出電子電荷/質量的比值。

磁鐵會使傳統電視的畫面扭曲,是電子與磁場的交互作用造成的。電視顯現畫面的原理是,陰極射線管(又稱CRT或映像管)中的電子束打在螢幕上造成磷光,而電子束會受磁場影響而偏折。當然,除非你想把電視報廢,否則可別動不動就把磁鐵放到電視機旁,因為磁鐵的作用可能會造成電子零件的損壞。不過如果你家恰巧要換新電視,那麼把舊的映像管電視拿來觀察上述現象,是很有趣的。

然而,湯木生的實驗仍未能百分之百確立物質是由粒子組成的。直到1909年皮蘭(Jean Perrin, 1870-1942)用顯微鏡觀測水中花粉粒子的不規則運動,才提出原子存在的具體證據。他對布朗運動〔為紀念植物學家布朗(Robert Brown, 1773-1858)而命名〕仔細觀察,並解釋花粉的運動是由周圍移動的原子撞擊造成,他的發現使科學界確認原子確實存在。當然,在皮蘭之前,科學界早就用原子的理論解釋了許多現象,但能獲得如此有力的支持真是太棒了!

在1910年,拉塞福由實驗發現,原子中心必定有一個很重的原子核,核外則是很空的區域。他用一些比原子還小的粒子撞擊超薄的金箔,發現大多數粒子都穿透了金箔,但有少數粒子會反彈。拉塞福總是會用一些有趣的句子來描述科學現象,這次他說:「這就像……你用15英寸的砲彈轟擊一張衛生紙,而砲彈竟然被彈回來,並打到你。」
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