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編輯推薦: |
从炼金术到燃素说,从原子论到分子科学,通过163幅珍稀图片趣说化学发展历程;通过生动的故事讲述化学知识,以幽默的文字勾勒化学发展脉络;3.图文并茂,深入浅出,解读化学实验、理论、人物与思想;诺贝尔奖获得者罗尔德·霍夫曼博士倾情推荐。
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內容簡介: |
炼金术起源于将贱金属转化为贵金属(“嬗变”)的一门实用学科,核心为寻找能使炼金术士把贱金属变成黄金的贤者之石。17世纪早期,化学成为一门科学,其根源在于实用化学,如开采和提纯金属,以及使用草药和金属化合物治病。从18世纪末期开始,原子论、化合价、元素周期表相继出现,化学成为一门系统的科学。伴随着量子力学发展,化学上许多问题得以解决,化学进入了新的发展阶段。
这本书以图文并茂的方式向读者介绍了化学从炼金术到分子科学的过程,配有160多幅珍贵的插图。这些具有历史意义的插图是从时间跨度达400年的与化学有关的出版物中精选而来的,每幅插图都有相应的文字,论述其在历史、科学背景下的重要性。
本书可读性强、信息量大,生动有趣,可供对化学感兴趣的读者阅读,也可供相关研究者参考。
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關於作者: |
亚瑟·格林伯格,1946年出生于纽约布鲁克林, 1971年在普林斯顿大学获得化学博士学位,曾任美国北卡罗来纳大学夏洛特分校化学系教授和系主任,现任美国新罕布什尔大学化学教授、工程与物理科学学院院长。
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目錄:
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第一章 实用化学、采矿和冶金
这到底是什么东西?
物质的实质:四种(或五种)元素;三种(或两种)原理; 三种(或更多)原子微粒
统一无穷小和无穷大
“在地球播种金属”
化学符号
实用化学:开采、分析和精炼
第二章 精神炼金术和寓言炼金术
贤者之石不再受专利保护
巴希尔·瓦伦丁的十二把钥匙:第一把钥匙,金属之狼和不纯之王
维吉尔是嬗变剂?
卡托巴安陶器:四种颜色和生存的奇迹
龙、蛇与混沌中的秩序
今日特色菜:女士淡斑面霜
“庸俗和常见的错误”
这幅画有什么问题?
保护罗马帝国的货币免受巫术侵害
贾比尔·伊本·哈扬和阿尔-拉齐:来自阿拉伯世界的炼金术士
炼金术士成为艺术家的创作主题
寓言、神话和隐喻
《无字之书》
第三章 医用化学和散剂制备
帕拉塞尔苏斯
炼金术的梦之队
用火、热水、砂子和猪粪进行蒸馏
第四章 新兴科学——化学
第一本10磅重的化学教科书
一棵生长在布鲁塞尔的树
用“同情粉”治疗剑伤
没有浴缸和蒸馏器的房子不是家
玻意耳、亚里士多德和帕拉塞尔苏斯
大气的质量很大
玻意耳定律
谁会想要将金转变为贱金属呢?
锑的凯旋战车
一场盐味的对话
胃里的炼金术士
哈佛大学毕业的炼金术士
燃素:化学的第一门综合科学理论
黑火药、闪电、雷电和“硝基空气”
“现代”燃素理论
什么是“粒子流”?
美丽的17世纪的化学教科书
化学亲和力
双层底杯、空心搅拌棒和其他欺诈手段
豌豆产生的气体
布莱克的魔法
卡文迪许测定了地球的质量,但他误以为自己分离出了燃素
制作苏打水
如果你找到了贤者之石,别再弄丢了
硝石、阿比盖尔、缝衣针、约翰
第五章 现代化学的诞生
“火空气(氧气)”:谁知道这是什么?什么时候知道的?
善待他的老鼠
往昔的谩骂在哪里?
化学革命开始了
简化化学巴别塔
氢气 氧气→水,水→氢气 氧气
将豚鼠作为内燃机
单一选择性吸引(单取代)
双选择性吸引(双取代)
不死鸟是“她”吗?
枪管中的化学
钻孔实验
给每个人来点儿笑气!
《拉瓦锡情史》
原子论诞生前的出现的小插曲
原子模型
我们在这里!我们在这里!我们在这里!
阿伏伽德罗的假设是一个“过早发现”吗?
化学不是应用物理
第六章 化学变得专业化,并应用于农业和工业
“电动手术刀
跨越时代的“化学手术刀”
戴维拯救了工业革命
化学的二元论
亚当斯不喜欢原子
电流的化学能
“热带原始森林”
征服“原始森林”
碳的相对原子质量和相关的混乱
为什么氮原子是蓝色的?
我不能把握“化学水”,但我可以制造尿素
原始森林中的两条溪流
想要伟大的化学理论吗?只需要让凯库勒打个盹儿
“我的父母去了卡尔斯鲁厄,而我只得到了一件糟糕的T恤!”
墙上的标识
人民的化学
花生做的墨水和美国南方最好的糖
第七章 普及化学知识
迈克尔·法拉第的第一位化学老师
《化学不神秘》
《蜡烛的故事》
进入火焰中心
现在,你闻到了!现在,你闻不到了!
氯精灵?
“顽皮的”氟:有尖牙的精灵?
期中考试前夜的梦
现在,翻到《化学》诗篇的第3页
“分子力学”在1866年就被提出来了吗?
第八章 对化学键的现代观点的探讨
骑着飞马在空间中研究化学
阿契厄斯是左撇子吗?
约翰·里德:立体化学家
大海捞针
氩是单原子气体——与众不同!
空气中究竟有多少种物质?
组成“以太”的原子
非原子微粒
晶体可以让X射线发生衍射现象
获得了两个诺贝尔奖?对法国科学院来说还不够好
元素周期表是按照原子序数排列的
用X射线测量原子或离子之间的距离
我们是如何定义摩尔的?
战胜氙的难度不大,氪也不是不可战胜的
原子就像太阳系
简单是一份礼物
从量子力学到化学
汞可以转化为金
现代炼金术士寻求的亚特兰蒂斯
高贵且不简单的金
完美的生物学原理
纳米“天堂”
让原子移动
后记 以意象结尾
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內容試閱:
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亲爱的读者,这本书通过精选化学史的要点,希望使您拥有轻松愉快的阅读体验。我希望能够为化学相关师生、从事科学和医学的专业人员,以及对科学、艺术品及插图鉴赏感兴趣的大众读者提供一本有趣、有吸引力并且信息丰富的图书。本书图文并茂,以翔实的文字解释细节和概念,并且像任何一场旅行一样向游客展示与众不同的风景。
一场化学历史之旅意味着既要浏览又要阅读。本书从化学的实用、医学和神秘起源开始,并在图片和文字中追溯化学演变为现代科学的过程。我们的旅程始于1738年出版的《物理学的秘密》隐喻性的扉页,这是德国化学家约翰·约阿希姆·贝歇尔提出燃素概念的文本的最后一个版本,并以48个铁原子的“量子围栏”——使用扫描隧道显微镜(STM)将它们一一放到对应位置作为结束。本书的后记包括了现代诗人谢默斯·希尼的三篇诗作中的描述意象的部分。本书追溯了炼金术向燃素的演变过程,并研究现代化学发展的关键步骤。本书介绍的内容从19世纪开始逐渐减少,并且经过慎重考虑过有意减少叙述20世纪的相关内容。
人类对事物进行图形化的需要是一个非常重要的主题:四种元素、三个原理、柏拉图式实体,例如立方体、带有或不带有“钩子”的微粒或原子、原子的二维“团”、二维分子、三维分子、手挽着手的仙女、“球棍式”和“空间填充式”模型、太阳系原子、角落带有电子的立方原子、共振结构、用弹簧连接的原子、原子和分子轨道以及在计算机屏幕上的电子密度等高轮廓线。这些图像将在本书中多次出现。
化学史是非常有趣的,它的起源既神秘又实用。物质的起源是什么?它是从“虚无”中产生的,还是从亚原子粒子中产生的,或是由一些基本的初级物质(原初物质)产生的?底层结构物质又是怎么样的呢?它是无限可分的吗?它达到分割的极限了吗?即使在今天,可能也有人质疑一个金原子是否真的是黄金: 要制造一个导电且有光泽的亚微观簇,需要多少个金原子?酸的“原子”有尖锐的角吗?水的“微粒”是光滑的吗?物质会进化吗?长生不老药是什么?是青春之泉吗?我们是用更强的毒药来对抗毒药(或疾病),还是试图中和它?一方面,我们可以用苏打中和胃酸,减轻胃酸过多引起的不适;另一方面,我们可以用有毒的金属物质治疗性病,就像我们用攻击DNA的毒性药物治疗癌症一样。
本书中关于20世纪的化学进展内容比较少,因为如果增加这方面内容的话, 本书将会被指数级爆炸的信息淹没。此外,目前的化学教科书中已经包括不断得到证实的现代发现。本书可以对化学教科书进行补充,并使课程的内容变得生动。尽管如此,本书包括了亚原子结构的发现过程、X射线晶体学、基于八隅体规则的柯塞尔-路易斯-朗缪尔键合图、量子力学的发展——元素周期表的基础及共振理论等内容。本书也介绍了DNA双螺旋结构,因为这是结构化学的胜利, DNA的结构解释了它的功能。实际上,DNA的功能——复制,意味着DNA的结构可能具有“二元性”。
本书以21世纪的两个结构化学的例子作为结束。第一个例子是使用预先构建的“玩具部件”(线性或弯曲的双功能分子;三角形平面或三角椎体三功能分子)合成纳米多面体。只需按正确的比例混合,我们即可在约10分钟内以接近100%的收率形成多面体。这一方法的诀窍是通过利用次级键的特点复制自然过程,次级键会不断成键、断键、成键,直到系统自我修复成理想的结构。由此获得的纳米十二面体使人想起了约2 500年前毕达哥拉斯对天体或第五种元素(“以太”)的假设。第二个例子是使用扫描隧道显微镜及其改进版观察单个原子,我们甚至可以逐个移动原子。在这方面,本书介绍了约翰·道尔顿在1803年提出原子论后,人们在100多年内一直不愿意承认原子存在的情况。实际上,在20世纪初,原子论被普遍接受之前的“几分钟”里,路德维希·玻耳兹曼自杀了,部分原因据说是他未能说服所有物理学家和化学家相信原子的存在。扫描隧道显微镜将48个铁原子“结合”在一起形成“量子围栏”,甚至提供了直观的“波粒二象性”的图像。
因为有很多没有涉及的地方,因此我期望书评家对本书进行合理的批评。我坦率地承认,化学史上还有无数其他发现。对于那些被遗忘或受到冷遇的发现,我在此表示歉意。然而,我希望这本书是有用的,能够让非专业人士体验到阅读的乐趣,而更百科全书式的介绍将无助于实现这一目标。尽管我试图多介绍一些西方世界以外科学家对化学的贡献,但我知道本书对中国、印度、阿拉伯世界等地区的学者对早期科学贡献的介绍并不多,我对此深表歉意。实际上,这主要是因为我可以获取的印刷书籍是有限的,而非有意为之。
尽管我试图让我们的旅行愉快和轻松,但本书也解决了一些重要的问题,这些问题在入门课程中常常过于轻率或令人困惑,很难教会。然而,我确实尝试运用了幽默的语言和一些在乔叟和拉伯雷的文艺复兴时期的作品中显而易见的朴实的风格。为什么不包括扬·巴普蒂斯特·范·海尔蒙特对惩罚在家门口排泄粪便的无名“邋遢鬼”的方法呢?通过提供一些插图,我希望能让读者了解化学史的表达和阐释方式,以及化学史与更广泛的文化之间的联系。我希望本书的趣闻轶事可以让学习化学知识的过程变得轻松一些。如果读者在阅读本书的过程中,发现了学习化学的乐趣,那我将深感欣慰。
亚瑟·格林伯格
化学革命开始了
安托万-洛朗·拉瓦锡是公认的“现代化学之父”。他最大的贡献是认识到燃烧和焙烧都是由于空气中的氧气与易燃物质或金属结合引起的现象 ,而不是由于这些物质失去燃素造成的。他发表的最伟大的著作《化学基础论》(巴黎,1789 年;伦敦,1790年;费城,1796年)是一本真正的现代化学教科书。拉瓦锡对化学的贡献实在是太多了,包括规范的化学命名法等,以至于本书无法一一介绍。他出生在一个富裕的律师家庭,娶了富家女,过着时髦的贵族生活。1794年5月8 日,他在法国大革命最激烈的时期被送上断头台。在去世之前,拉瓦锡面对着愤怒的、挥舞着拳头的人群,他也许曾凝望着塞纳河对岸的他曾在那里接受教育的马萨林学院。当天,包括拉瓦锡在内的28名包税官在35分钟内被处决。他们的头颅被放在柳条篮中,28具尸体被堆放在货车上,埋在一个名为“残废者”的在荒地里挖掘的大型公墓中。1794年5月9日,著名的数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日发表评论:“他们可以在眨眼间就把他的头砍下来,但他那样的头脑一百年也再长不出一个来了。”
年轻的拉瓦锡很早便被他的自然科学老师纪尧姆·弗朗索瓦·鲁埃勒(1703—1770)的生动表演激发出了对化学的兴趣。拉瓦锡早期主要从事矿物结晶方面的研究工作,并因此在1768年当选法国科学院的助理院士,并于1769 年成为法国科学院院士。1768年,他购买了税务承包人的股份,成了包税所的包税官。包税所的高级成员雅克·波尔兹有一个美丽而有天赋的小女儿,名叫玛丽·安妮·皮埃尔特·波尔兹,年幼且优秀的玛丽吸引了一位岁数很大的求婚者。在这种情况下,雅克介绍拉瓦锡和玛丽相识。他们于1771年结婚,当时玛丽即将年满14岁。从学术上讲,他们拥有共同语言,玛丽有足够的化学知识,成了包括英语在内的其他语言文字的有效率且有批判性的翻译者,从而让拉瓦锡有机会阅读更为广泛的化学文献。她的艺术天赋也在给拉瓦锡以文字说明的文本绘制配套插图上得到了体现。
拉瓦锡最早的研究成果表明了他对精确测量的重视。他证明了金刚石在高温下会被分解(玻意耳在一个世纪前就证明了这一点),但需要空气,金刚石分解的产物会使石灰水变成乳白色,这就是“被固定的空气(CO2)”。1772年,他的研究对象扩展到了磷和硫的燃烧。磷和硫与碳一样,在燃烧后会产生比其固体还重的“酸性空气”。同样,他验证了詹·雷伊在1630年的观察结果:加热金属形成的金属灰比金属本身重,玻意耳等人也发现了这个结果。拉瓦锡在他的第一本巨著中(《化学与物理手册》,巴黎,1774年;英文版为《物理与化学论文》,伦敦,1776年)首次提出了这样的观点:某些物体在燃烧或加热过程会吸收空气中存在的一些“弹性流体”,而不是这些物体中的燃素流失到空气中。在这本书中,他把“弹性流体”与“被固定的空气”弄混了。
图86摘自1776年出版的《物理与化学论文》。在图86的图片8中,我们看到了一个在强大的放大镜(“加热玻璃”)下测量铅或锡焙烧过程中吸收的“空气”的设备。玻璃钟罩位于装满水的容器上方,中间有一个玻璃柱,顶部有杯状凹痕。将一些铅或锡放在玻璃柱顶部的瓷盘中。将虹吸管(MN)放置在玻璃钟罩下面抽出空气,直到水位升至所需位置。加热金属会产生金属灰,导致一些“空气流体”损失并使水柱上升。不幸的是,拉瓦锡使用的“加热玻璃”太强大了,熔化的金属蒸发并溅到玻璃钟罩的内侧,导致这个实验无法得出确定的 结果。
图86的图片10描绘了一种用于测量铅丹(红铅,Pb3O4)与木炭混合在炉中加热后释放的气体(CO2)的装置。玻璃蒸馏器会被这种混合物腐蚀,因此拉瓦锡制造了一个铁蒸馏器(图片12)。高大的玻璃钟罩(nNoo)位于装满水的木制或铁制的水槽中。在n 处插入虹吸管抽出空气,使水位升至YY 处。或者,可以使用手动泵(P)与图片11所示的虹吸管(EBCD)连接,使水柱升到同样高的位置。玻璃钟罩中的水的顶部有一层薄薄的油。这是在不使用汞的情况下收集水溶性气体(例如CO2)的一种方法。在图86的图片10的右侧,我们看到了一个将玻璃钟罩(nNoo)中收集到的气体转移到玻璃瓶(Q)的装置。这个重要的实验证明了加热红铅会产生“空气流体”。
图86的图片13描绘了一种通过将稀硫酸添加入粉状白垩中产生二氧化碳的装置。
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