歡迎各位到化學世界來。在這個奇妙的世界裡，你們身邊的所有東西，都可以追溯到不可置信的微小顆粒上。這種顆粒叫做原子。化學是研究原子怎麼結合成物質的學問。

　　《觀念化學》介紹的是化學觀念，以故事敘述，配上例子與圖解，重點在觀念理解而不是計算技巧。
　　《觀念化學》不僅能協助學生學習化學，還能讓學生藉由學習化學，成為對自我發掘的思考者。

　　《觀念化學1　基本概念．原子》
　　你知道，大地、天空和海洋是什麼構成的嗎？你好奇雨水坑怎麼會乾涸，汽車怎麼從汽油得到能量，食物怎麼變為人所需要的營養與熱量嗎？要解釋這些問題，沒有化學可不行！因為任何摸得到、見得著、可品嚐、可聞嗅、可聽得的東西，都跟化學有關係！

　　如果我告訴你，你呼吸的空氣是一種溶液；你喝的水，再怎樣純化也不可能是「純水」；你跟心愛的人不管如何緊密擁抱，也都是有距離的；而且不管你幾歲，構成你身體的原子都跟宇宙洪荒一樣老，你會不會嚇一跳？

　　對於這一切不可思議的事實，只要用化學原理簡單解釋，你就能完全明白，而不再驚恐狐疑。《觀念化學1》就是要帶你從生活中進行探索，教會你用化學之眼來看這個世界！

　　《觀念化學2　化學鍵．分子》
　　如果有人告訴你，他開發了一種持久香水，原理是他找出了不會揮發的香精，你相信這個說法嗎？要放進魚缸裡的水，絕對不能經過煮沸再冷卻，原因是什麼你知道嗎？想減少鈉離子攝取量的人，不適於飲用軟水，這又是什麼道理？

　　我們在生活中遇到的問題，已經不是用簡單的邏輯推理就可以解答了，一定要有一點科學知識，才能讓我們遇到問題時能從容判斷。而化學，正是解釋這奇妙世界最有用的工具。

　　《觀念化學2》帶領讀者瞭解原子、分子這些小到看不的東西，理解它們基本的運作原理，進而知道我們這個廣大世界，到底隱藏了什麼奧秘！

　　《觀念化學3　化學反應》
　　大家都知道，長期暴露在苯中可能致癌；常用的止痛藥阿斯匹靈含有苯環，是不是表示長期服用阿斯匹靈也會有致癌的危險？
　　臭氧層變薄會增加皮膚癌的罹患率，為什麼我們不直接用臭氧把遭破壞的臭氧層補起來？
　　水的質量中有88.88%是氧，氧正是火燃燒得更亮更旺所需的元素，那麼為什麼把水加到火中，火不會燒得更亮更旺？

　　這些可不是腦筋急轉彎的問題，而是不懂得化學的人，真的會有的疑惑。《觀念化學3》巧妙講解化學反應的原理，不僅讓你懂化學，更能用化學知識排疑解惑！

　　《觀念化學4　生活中的化學》
　　要打造一身健美肌肉，為什麼吃下一盤義大利麵，效果比一大塊牛排來得好？什麼樣的飲食法則，可以幫助脂肪燃燒，有助身材窈窕？
　　你認為，在午後來杯香醇的咖啡，是放鬆了身心，還是增加了壓力？而在心情好時小酌一杯，會讓人愈喝愈High，還是抑制了神經反應？

　　如果你瞭解進入我們身體裡的化學分子怎麼發生作用，你就會知道，那些讓人「快樂似神仙」的香菸、安非他命，最好是敬而遠之！而熱門的「有機栽培」與「基因改造」食品，則應該要謹慎選擇。

　　《觀念化學4》是你最實用的化學課本，給你最切身相關的內容。有了正確的知識、健康的身心，你才能享受美好的生活！

　　《觀念化學5　環境化學》
　　在過去，有許多材料的發明，不僅改變了發明者的一生，還決定了大戰役的勝負。到底是哪些偶然的發現、意外的結果，讓固特異先生聲名大噪、讓同盟國在二次世界大戰取得優勢？

　　如果你對這些人、這些事覺得好奇，《觀念化學5》將讓你好好認識各種平凡的材料背後，有什麼不凡的故事！

　　在未來，環境的惡化與資源的短缺，將大大改變我們的生活。如果你擔心油價變成天價、不想過著缺水的生活；如果炎夏不斷飆高的氣溫讓你覺得不舒服；或者你有長遠的眼光，知道對環境無害的產品未來將有無限的商機，請把你的目光照過來，《觀念化學5》要讓你的明天有無限可能！
 

作者簡介

蘇卡奇 John Suchocki

　　美國維吉尼亞州立邦聯大學（Virginia Commonwealth University）有機化學博士。他不僅是出色的化學教師，也是大名鼎鼎的《觀念物理》（Conceptual Physics）作者休伊特（Paul G. Hewitt）的外甥。

　　在取得博士學位並從事兩年的藥理學研究後，蘇卡奇前往夏威夷州立大學（University of Hawaii at Manoa）擔任客座教授，並且在那裡與休伊特一同鑽研大學教科書的寫作，從此對化學教育工作欲罷不能。

　　蘇卡奇最拿手的，就是帶領學生從生活中探索化學，他說：「當你好奇大地、天空和海洋是什麼構成的，你想的就是化學。」他總是想著要如何用最貼近生活的例子，給學生最清晰的觀念；他也相信，只要從基本觀念著手，化學會是最實際且一生受用不盡的科學。

　　目前，蘇卡奇與他的妻子、三個可愛的小孩，定居在佛蒙特州，並且在聖米迦勒學院（Saint Michael's College）擔任教職，繼續著他熱愛的教書、寫書，還有詞曲創作的生活。

譯者簡介

葉偉文

　　1950年生於台北市。國立清華大學核子工程系畢業，原子科學研究所碩士。曾任台灣電力公司緊急計畫執行委員會執行祕書。

　　譯作有《愛麗絲漫遊量子奇境》、《幹嘛學數學？》、《數學小魔女》、《統計，改變了世界》、《數學是啥玩意？I～III》、《葛老爹的推理遊戲 1、2》、《一生受用的公式》、《統計你贏的機率》、《蘇老師化學黑白講》、《費曼手札》、《刻卜勒的猜想》、《神奇數學117》、《蘇老師化學五四三》、《牛頓物理駕訓班》、《蘇老師化學聊是非》、《相對世界的美麗》、《薛丁格的兔子》等三十多種書（皆為天下文化出版）。

　　為《觀念化學1》譯者。

蔡信行

　　台灣大學化學工程系畢業、美國卡內基美隆大學（Carnegie-Mellon University）化學博士。專長為高分子化學及物理、流變學、能源及石油化學，歷任中國石油公司煉製研究所研究組長、企劃處副處長、研究發展委員會執行祕書，現已自中油退休。

　　曾任東海大學及靜宜大學兼任副教授，現為國立台灣科技大學化工系兼任教授及國立成功大學石油策略研究中心兼任研究員。

　　著有《奈米科技導論》、《石油及石油化學工業概論》等，譯有《凝體 Everywhere》、《生物世界的數學遊戲》、《國民科學須知》、《現代化學I》、《看漫畫，學化學》（天下文化出版）

　　為《觀念化學2》、《觀念化學3》譯者。

李千毅

　　中興大學植物系畢業，密西根大學生物碩士，曾任天下文化資深編輯，現為文字工作者。

　　譯有《金色雙螺旋》（合譯）、《觀念生物學1～4》、《現代化學II》（合譯）、《我數到3ㄛ！》、《婦科診療室》（合譯）（以上皆由天下文化出版）；《愛上細胞》、《病菌殺手》、《串連生命的密碼——DNA》、《訂作一個我——基因》、《創造通訊世界的電話——貝爾》、《居禮夫人——放射科學的光芒》、《圖解生物辭典》（以上皆由小天下出版）

　　為《觀念化學4》、《觀念化學5》譯者。
 

《觀念化學1 基本概念．原子》
到化學世界逛逛
用《觀念化學》教化學觀念
第1章 化學是一門科學
1.0 看看分子與原子的世界
1.1 化學是對生活有益的中心科學
1.2 科學是瞭解宇宙的方法
1.3 科學家度量的物理量
1.4 質量和體積
1.5 能量使物體移動
1.6 溫度測量東西有多熱，而不是有多少熱量
1.7 物質的相和粒子的運動有關
1.8 密度是質量對體積的比
第1章 觀念考驗
第2章 化學元素
2.0 用化學語言來瞭解化學
2.1 物質有特定的物理和化學特性
2.2 原子是構成元素的基本材料
2.3 元素可以結合成化合物
2.4 大部分的物質是混合物
2.5 化學把物質分為純物質與不純物兩類
2.6 元素依特性，有秩序的排在週期表裡
第2章 觀念考驗
第3章 發現原子與次原子
3.0 我們來自何方，現在又知道了些什麼？
3.1 化學的發展源自人類對物質的興趣
3.2 拉瓦謝奠立了現代化學的基礎
3.3 道耳吞推論出，物質是原子構成的
3.4 電子是最先發現的次原子粒子
3.5 原子的質量集中在原子核上
3.6 原子核是由質子和中子構成的
第3章 觀念考驗
第4章 原子核
4.0 認識原子核
4.1 由陰極射線發現放射性
4.2 放射性是自然現象
4.3 放射性同位素是有用的示蹤劑與醫學造影劑
4.4 放射性是原子核內部力量不平衡造成的
4.5 放射性元素會蛻變成不同的元素
4.6 半衰期愈短，放射性愈強
4.7 同位素的年代測定法可度量物質的年代
4.8 核分裂是指原子核的分裂
4.9 核質量生成核能，核能造就核質量
4.10 原子核與原子核結合叫核融合
第4章 觀念考驗
觀念考驗解答
附錄A 科學記號
附錄B 有效數字
元素週期表
圖片來源

《觀念化學2 化學鍵．分子》
第5章 原子模型
5.0 用想像力來瞭解真實世界
5.1 模型讓我們看見不可見的原子世界
5.2 光是一種能量
5.3 用原子發的光來鑑別原子
5.4 波耳用量子假說解釋原子光譜
5.5 電子的波動性質
5.6 用能階解釋電子如何填滿軌域
5.7 能量接近的軌域群集成殼層
5.8 週期表幫助我們預測元素的性質
第5章 觀念考驗
第6章 化學鍵結與分子的形狀
6.0 原子如何互相聯結
6.1 原子模型解釋了原子如何鍵結
6.2 原子可以失去或獲得電子成為離子
6.3 電子轉移造成了離子鍵
6.4 共享電子造就共價鍵
6.5 價電子決定分子的形狀
6.6 不均勻的電子共享，造成了極性共價鍵
6.7 電子不均勻分布，分子就有極性
第6章 觀念考驗
第7章 分子混合
7.0 分子如何互相吸引
7.1 次顯微粒子以電力互相吸引
7.2 溶液是單相的均勻混合物
7.3 溶解度是量測溶質溶解的程度
7.4 肥皂同時靠極性與非極性的作用
第7章 觀念考驗
第8章 奇妙的水分子
8.0 分子間的黏性會影響物質的巨觀性質
8.1 水分子結冰會形成開放的晶體結構
8.2 凝固與熔化會同時發生
8.3 水分子的黏性造就液態水的性質
8.4 水分子自由的出入液相及氣相
8.5 改變液態水的溫度，要用很多能量
8.6 相變化需要有能量的進出
第8章 觀念考驗
觀念考驗解答
元素週期表
圖片來源

《觀念化學3 化學反應》
第9章 化學反應如何進行
9.0 反應物怎樣變成產物
9.1 化學反應可用化學方程式來表示
9.2 化學家用相對質量計算原子數和分子數
9.3 反應速率受濃度和溫度的影響
9.4 催化劑增加化學反應速率
9.5 化學反應有的會放熱，有的會吸熱
9.6 用熵來衡量發散的能量
第9章 觀念考驗
第10章 酸和鹼
10.0 質子的傳送
10.1 酸會給出質子，鹼會接受質子
10.2 酸與鹼有強弱之別
10.3 溶液可分為酸性、鹼性或中性
10.4 雨水是酸的，海水是鹼的
10.5 緩衝溶液會阻抗pH值的改變
第10章 觀念考驗
第11章 氧化和還原
11.0 電子的傳送
11.1 氧化會失去電子，還原則得到電子
11.2 照像是選擇性的氧化還原反應
11.3 我們能控制與利用流動電子的能量
11.4 氧是腐蝕的禍首及燃燒的主角
第11章 觀念考驗
第12章 有機化合物
12.0 探索用碳形成的分子
12.1 碳氫化合物只含碳和氫
12.2 不飽和碳氫化合物含有多鍵
12.3 有機化合物以官能基來分類
12.4 有機分子會連接成聚合物
第12章 觀念考驗
觀念考驗解答
元素週期表
圖片來源

《觀念化學4 生活中的化學》
第13章 生命的化學
13.0 身體是什麼「做」的？
13.1 構築生命的基本分子
13.2 碳水化合物提供細胞結構與能量
13.3 脂質是不溶於水的分子
13.4 蛋白質是超大生物分子
13.5 核酸帶有合成蛋白質的密碼
13.6 維生素是有機物，礦物質是無機物
13.7 代謝：生物分子在體內走一遭
13.8 健康飲食的食物金字塔
第13章 觀念考驗
第14章 藥物的化學
14.0 認識藥物的作用
14.1 如何分類藥物
14.2 鎖鑰模型指引化學家合成新藥物
14.3 利用化學療法對抗疾病
14.4 阻撓懷孕有良方
14.5 神經系統是由神經元構成的網路
14.6 興奮劑、迷幻藥與鎮定劑
14.7 謹慎使用麻醉劑與止痛藥
14.8 治療心臟疾病的藥物
第14章 觀念考驗
第15章 糧食生產與化學
15.0 我們從食物中獲得營養
15.1 人類吃遍各個營養階層的食物
15.2 植物也需要營養素
15.3 什麼決定土壤肥沃度？
15.4 天然及合成肥料幫助土壤回復肥沃度
15.5 消滅昆蟲、雜草及真菌
15.6 從錯誤中記取教訓
15.7 維護農地的高產量
15.8 用基因轉殖來改善農作物
第15章 觀念考驗
觀念考驗解答
元素週期表
圖片來源

《觀念化學5 環境化學》
第16章 淡水資源
16.0 淡水是有限的資源
16.1 水文循環
16.2 我們把水用到哪裡去了？
16.3 淨水廠讓我們喝得安心
16.4 從鹹水變成淡水
16.5 水汙染源哪裡來？
16.6 微生物能改變水中的氧濃度
16.7 將廢水處理過再排放
第16章 觀念考驗
第17章 空氣資源
17.0 一個行星，一個大氣層
17.1 大氣層是很多種氣體的混合物
17.2 空氣汙染無所不在
17.3 臭氧層：地球的防護罩
17.4 空氣汙染與全球增溫
第17章 觀念考驗
第18章 物質資源
18.0 材料科技日新月異
18.1 紙是由纖維素構成的
18.2 塑膠：科學實驗意外發現
18.3 金屬來自地球有限的礦石資源
18.4 將金屬化合物轉變成金屬
18.5 玻璃主要來自矽酸鹽
18.6 陶瓷遇熱會硬化
18.7 複合材料
第18章 觀念考驗
第19章 能源
19.0 能源：決定人類的當前與未來
19.1 電能是一種方便的能源形式
19.2 化石燃料存量有限
19.3 核能有兩種形式
19.4 展望永續能源
19.5 用水來發電
19.6 生物質量提供化學能
19.7 從日光生產能量
19.8 未來的經濟要仰賴氫氣
第19章 觀念考驗
觀念考驗解答
元素週期表
附記 用孩子般好奇的眼睛看世界
誌謝
圖片來源

 

序

　　歡迎各位到化學世界來。在這個奇妙的世界裡，你們身邊的所有東西，都可以追溯到不可置信的微小顆粒上。這種顆粒叫做原子。化學是研究原子怎麼結合成物質的學問。學了化學之後，你們看事情會有全新的視野，不僅知道物質是怎麼形成的，也知道它們為什麼會表現出這種特性。

　　化學是一門非常實際的科學。在瞭解了原子的行為模式，並找到方法進一步加以控制原子的行為後，化學家就開始製造出許多有用的新物質，例如：合金、肥料、藥品、聚合物、電腦晶片、合成DNA等等。這些物質把人類的生活提升到空前的水準。就憑化學對我們社會有這麼大的影響，就值得好好把它搞清楚。更重要的是，有了基本的化學知識之後，你可以自己評估，那些新穎的技術是否會對環境造成劇烈衝擊，是否值得信賴。你也可以自己判斷有些人的說法是不是對的，而不會被別人牽著鼻子走。

　　《觀念化學》介紹的是化學觀念，主要的重點是觀念理解而不是計算技巧。雖然有時候會有些看似難解的化學觀念出現，但其實這些觀念都很直接易懂，只要你有學習的意願，就能弄懂它。你付出的努力將會有豐碩的成果。你不但能學習到和環境有關的新知識，也會瞭解自身和環境之間的關係，還能改善學習技巧，變成較精通思考的人。不過你要記得，學化學就和學習所有的東西一樣，要有付出，才會有收穫。

　　我很喜歡化學，我知道你一定也會喜歡的。因此，穿上鞋子，和我一起到化學世界去逛逛吧。我們就從最基本的觀念開始。

　　祝你們
　　愛上化學
 

用《觀念化學》教化學觀念 當老師的都希望我們的教導對學生有長期的正面影響。因此，我們注意的是學生該學習的且最重要的東西。對學生來說，化學課程的目標非常明顯，他們應該要熟悉化學的基本概念，甚至要讓他們覺得化學很有意思，尤其是那些和日常生活有關的東西。舉例來說，肥皂是怎麼作用的？冰為什麼會浮在水上等等。學生應該能區別「平流層臭氧的消耗殆盡」和「全球增溫」這兩個問題有什麼不同；也該知道怎樣才能確定飲水的供應是否安全，他們應該學會物質在原子和分子的尺度上是怎麼回事。不僅如此，在學習化學課程後，學生應該瞭解科學探索的方法，也比較能把自己學會的知識教給下一代。簡單的說，學生應該有高於平均素質的科學水準。 這是很偉大的目標，而它是否能成功，和我們當老師的是否盡了最大的力有關。不過從我接觸過的學生那兒聽到的意見是，他們並不是覺得有必要學化學。他們感興趣的，倒不一定是化學知識，而是希望在學習過程中，發展自己的科學觀念。 誠如所有科學教育工作者所知，化學以及許多化學觀念是發展高階思考技巧的優良沃土。因此，我們應該把這一項科學的特質和所有學生分享，它可以調合到不同的程度，適應各不同科系的學生。學生進入大學並不是只想學習某些特定的學業科目，也想發展健全的人格特質。健全的人格發展，應該也包括增進分析能力與口語溝通技巧，同時強化自己面對各種不同挑戰的信心。因此，我們教化學時，不只能幫助學生學好化學，也能幫助學生瞭解自己並認清自己的潛力。 這就是為什麼我要寫這套《觀念化學》的原因。從目錄裡大家可以發現，這套書介紹了完整的化學知識。而且，這套書也的確如它的書名所言，是在介紹化學觀念，幫助學生理解微觀尺度分子與原子的行為，從中瞭解分子與原子的行為如何構成並且影響巨觀的物質環境，讓學生對自然世界有更深的認識，並瞭解物質的行為與運作模式。