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书名 新材料化学(化学先锋)/科学图书馆
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作者 (美)大卫·E.牛顿
出版社 上海科学技术文献出版社
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简介
试读章节

一扇闸门被打开了,化学家们突然间发现了一个崭新的研究领域——人工合成生物体中的有机化合物,甚至还有更重要的,合成与动植物体内化合物相似但自然界不存在的其他化合物。

有机化学的早期工作大部分关注的是几乎没有实用性的问题,化学家对存在于生物体内或与之相近化合物的人工合成十分着迷。然而在不久后,有机化学家开始意识到他们的工作可能对工业以及人们的日常生活产生影响。

这一研究的经典事例是英国化学家威廉·亨利·博金爵士(Sir William Henrly Perkin,1838—1907)发现了一种染料(即现在人们熟知的马尾紫)的制作方法。1856年,18岁的博金师从当时位于伦敦的英国皇家化学学院院长——伟大的德国化学家霍夫曼(August Wilhelm von Hoffmann,1818—1892)。十多年来,霍夫曼一直潜心研究煤焦油在新型化学物质生产中的作用。19世纪初期,煤气照明工业的发展产生出大量的副产品——煤焦油,此后煤焦油便成为一种充足、廉价的原材料。

霍夫曼建议学生们进行从煤焦油中提炼奎宁的可行性研究。奎宁是一种治疗疟疾的珍贵药物。博金接受了这项任务,他试图把烯丙基甲苯胺和苯胺(煤焦油的衍生物)转化成奎宁,但没有成功,不过他注意到,在做苯胺实验时,反应烧瓶的瓶底残留着一层丑陋的黑色沉淀物。出于对这些残渣的好奇,博金向瓶内添加了乙醇(普通酒精),当沉淀物在酒精中溶解的时候,生成了一种美丽的深紫色溶液。

这种颜色如此特别,博金想到是否可以把这种物质当做染料。1856年,博金将这种化学物质的样本送到位于珀斯的普勒斯染料公司,公司认为这种染料似乎具有较大的商业潜力。博金马上为其申请了专利,这一染料随即便在英国尤其是法国等地流行开来。实际上,是法国人为这种染料取了它现在的名字“马尾紫”(法语词,是一种与之颜色相近、名为茜素的天然染料的原材料)。由于马尾紫在商业领域取得了巨大的成功,因此人们把19世纪90年代称为“紫红色十年”。

博金的发现之所以重要,不仅仅是因为他找到了一种非常有用的新型染料。首先,博金(在其父亲的协作下)开办了一家化工厂,大规模生产马尾紫这种染料。他们的生意非常成功,因此年轻的博金在1874年刚刚35岁的时候就可以不用打理工厂的业务,全身心地投入到自己感兴趣的化学课题的研究工作中。其次,博金的成果激发了英国以及欧洲大陆许多化学家的研究热情,促使他们去寻求更多具备潜在利益的合成染料。之后的lO年中,很多染料被人们发现、申请专利并投入生产。例如,1859年,法国化学家伊曼纽尔(Emantlel Verguin,1814—1864)发现了一种含有三苯甲烷化合物的染料,并将其命名为马真塔(源于意大利北部一个城镇的名字,拿破仑三世当时刚刚在那里取得了战役的巨大胜利),即我们今天熟知的品红。10年间,其他合成染料,如苯胺黑、俾斯麦棕、茜素、靛青、亚甲蓝、亚甲绿、刚果红和报春花灵黄等也都被陆续发现,其中有些染料仅在发现数月内便投入了生产。

这些发现的重要性不仅在于某一新化合物的问世,而更是在于这些新的化合物改变了染料工业的本质。自人类文明产生以来,人们一直依赖天然物质(动植物)作为衣物和其他织物的染料。随着“紫红色十年”的到来,合成染料迅速以低廉的价格占领了市场。

“紫红色十年”里诞生了有机化学的另一分支——聚合物化学,这一研究领域对新材料的发展产生了巨大的影响。聚合物化学主要研究大型分子,这些分子中包含有成百上千的重复单位——单体。如今,最为常用的一种聚合物也许是塑胶。

第一个真正意义上人工合成的聚合物可能是在1865年由英国发明家亚历山大·帕克斯(Alexander Parkes,1813—1890)制造出的一种材料。帕克斯让纤维素(一种天然聚合物)与硝酸产生反应,然后将反应物(硝酸纤维素)溶解在酒精、樟脑和蓖麻油的混合液中,帕克斯将反应物称为“帕克斯恩”或“赛璐珞”。虽然这种材料具有很多优点(例如在一定温度时,易于塑形),但因其价格昂贵,因而并没有获得商业上的成功,或许更重要的原因是人们对这种材料的使用方法不大了解。

10多年后,美国发明家约翰·韦斯利·海厄特(John Wesley Hyatt,1837—1920)重新发现了帕克斯的这一发明。当时,海厄特正试图赢取台球制造商菲兰克伦德公司提供的1万美元奖金。以前的台球都是由天然象牙制成的,然而,由于人们对非洲象群的迫害,象牙越来越不容易获得。当时,菲兰克伦德公司正在寻找一种廉价的替代品。当海厄特找到(与帕克斯的方法几乎完全相同)将硝化赛璐珞在酒精、乙醚和樟脑的混合物中溶解的方法时,便得到了象牙的替代品,并将这种物质命名为“赛璐珞”。虽然他没得到那1万美元奖金,但是后来为此以及其他发明获得了由化学工业学会授予的博金斯奖章。

不过,一些历史学家对此却持有否定态度,他们认为第一项真正意义上合成聚合物的发明者应该是美籍比利时化学家贝克兰德(Leo Hendrik Baekeland,1863—1944)。他们指出,帕克斯和海厄特发明的“帕克斯恩”或“赛璐珞”源于一种名为“纤维素”的天然物质。因此认为这种聚合物并不完全属于人工合成,而贝克兰德的产品则恰恰相反。

1900年,贝克兰德开始研究寻找一种虫漆的替代品。虫漆是昆虫分泌出的一种光亮、黏稠的液体,广泛用作坚固的透明涂层。在一次实验中,贝克兰德将两种有机化合物——苯酚(C6H5OH)和甲醛(CH2O)进行反应,结果生成了一种浓重的黏性物质,而且找不到相应的溶剂。如果没有溶剂可以将其溶解,这种坚硬、结实的高密度材料显然无法替代虫漆。贝克兰德把这种材料命名为贝克莱特,即酚醛塑料,他认为这种不易溶解的特性日后可能会派上其他用场。到1909年,贝克兰德已经找到了一种生产苯酚一甲醛材料的方法,并将其塑造成理想的形状,当成品冷却凝固后,可以保持形状,并且能够防水以及抵御其他大部分化学物质的腐蚀。同时,它还是一种绝缘材料。这种材料成了制造众多产品的理想原料,从收音机盒体到高压电线上的绝缘帽。贝克兰德开设了自己的公司——大众贝克莱特公司,由于第一次世界大战的战事需要,该公司迅速获得了巨大的成功。

P6-8

后记

新材料化学一书是我们受上海科学技术文献出版社委托翻译的新化学丛书中的一本。这本书面向中学生和对化学具有浓厚兴趣的读者,讲述了复合材料、生物材料、智能材料、聚合物等等这些材料学研究领域的最新变革,并探索这些重大成就对文明已经产生的和即将产生的影响,全面概述了在新材料领域的最新创新,涵盖了从日常生活用品到药品再到家居旅游的安全装置的各个方面。与此同时,书中还对材料化学领域杰出科学家的生平辅以简要介绍,为读者更好地理解书中的内容提供了帮助。

如此广博的内容和尖端的研究成果着实为我们的翻译工作增加了很大的难度。在全体译者的共同努力下,承担繁重教学压力的同时顺利圆满地完成了书稿的翻译和审校工作,个中辛苦自知。所有译者在翻译过程中兢兢业业地把原著认真拜读了数遍,对原著进行了细致的剖析,力求对每一句话都能够清楚其含义,理解其精髓。在每翻译完一章时,认真阅读译稿,提出修改意见,在斟酌之后进行修改,如此迭代若干次,力求准确地表达出原作中精辟的语句。所有译者严谨、认真负责的治学、译书态度与本书作者精益求精的风格不谋而合,使本书中文版与英文版一脉相承,浑然天成。

本书共分为6章,由吴娜、白薇、张永霞、常琳、袁雪梅、王薇共同翻译完成。吴娜、白薇负责全部书稿的统稿、校定。在本书的翻译过程中得到了刘淑华和马晶两位老师的悉心指导。他们用严谨的态度和深厚的学识把握译稿风格,在此致以真诚的谢意。衷心感谢上海科学技术文献出版社的编辑对译稿所作的大量编译和审校工作,没有他们的辛劳工作,难以在有限的时间内完成此书的创作。在翻译过程中我们得到了化学专业人士田冬梅、康艳红和董艳杰3位老师在专业领域的悉心指导,在此表示衷心感谢。感谢刘会学在译稿翻译过程中在电脑文字技术处理上的鼎力相助,有效提高了工作效率。感谢译者的家人张发新、王志华、张华栋、刘振旭、盖剑峰对译者工作的全力支持和充分理解。

译稿翻译过程中获悉一位挚爱师长的过早离世,欷歇之余不免感叹生命的脆弱与无力,更觉身上重担在肩,这份责任来自对社会、对家人、对自我的一份承诺。珍视生命、努力工作,所有译者与您共勉。

吴娜 白薇

2008年3月于沈阳师范大学

目录

前言

简介

1 材料革命

 早期的材料

 现代化学的诞生和新材料的发现

 约翰·韦斯利·海厄特(1837—1920)

 需求中的新金属

 亨利·贝西莫爵士(1813—1898)

 材料研究的未来

2 复合材料

 复合材料的性质

 人类历史上的复合材料

 高级复合材料

 斯蒂芬尼·克沃勒克(1923—)

 高级复合材料的应用

 欧文-康宁玻璃纤维公司

3 生物材料

 生物材料的历史

 组织工程学

 伊尔安尼斯·V.扬纳斯(1935—)

 替代部件

 人造血液

 托马斯·张(1933—)

4 纳米材料

 什么是纳米技术?

 理查德·费曼(1918—1988)

 德雷克斯勒纳米技术

 德雷克斯勒纳米技术引起的反应

 K.埃里克·德雷克斯勒(1955—)

 纳米技术的风险与利益

 纳米技术研究工具

 纳米尺度的研究成果

5 智能材料

 什么是智能材料?

 智能材料的种类

 压电和电致伸缩材料

 磁致伸缩材料

 电流变效应和磁流变效应

 雅各布·拉比诺(1910—1999)

 形记忆合金

 光致变色

 智能凝胶

 田中丰一(1946—2000)

6 新型聚合物

 加成聚合物

 缩合聚合物

 热塑性和热硬化性聚合物

 聚合物科学最新的发展

 传导聚合物

 白川英树(1936—)

 树状聚合物和超支化聚合物

 人造蛋白质

 大卫·A.贝克(1962—)

结语

译者感言

序言

中学基础化学课所讲授的内容多半相对陈旧,而且学校之间在内容上大同小异。学生所学的不外乎以下几个方面的内容:原子理论、化学元素周期表、离子和共价化合物、化学方程式书写方法、化学计量以及液体等。对于那些有意在化学和其他科学领域继续攀登的学生来说,这些知识是他们前进的基础和根本。虽然课堂上老师能够准确地突出重点,但是,通常教师向学生所传授的只是化学领域中浩如烟海的众多研究中有限的部分。多数无意在化学和科学领域驻足的学生也会通过化学获得有趣的知识,掌握化学对于他们日常生活方方面面所带来的最直接的影响。确实如此,那些主修科学的学生能够受益于这样的专业。

新化学系列丛书共6册,力求带领读者纵览化学领域的最新资讯,而不拘泥于课本的条条框框。这6册书分别是:药物化学、新材料化学、法医化学、环境化学、食品化学以及太空化学。丛书内容覆盖面广、内容新颖。书中的内容包括化学最基本的领域,诸如物质和宇宙的起源;实际生活中的化学,例如食品和药品的构成。之所以选择“新化学”作为丛书的标题,原因在于本丛书囊括了化学领域最新最尖端的科研成果。丛书面向中学生,因为他们已经通过在校学习掌握了一定的化学基础。丛书的每一册书中大部分的内容可以为具有基础化学知识的人所理解,还有少部分内容需要在掌握化学最新的尖端研究之后才能够领悟。

丛书中每一册书都相对独立,自成体系。因此,读者可以从中任意选择进行阅读和学习。为帮助读者更好地理解书中的内容,每一册书中对于重要人物都附有简短的生平介绍。

内容推荐

新材料化学,力求展现化学领域尖端研究的最新成果;探索新材料的起源,追踪化学家的科研历程。展现在你眼前的这本新材料化学将从化学的视角去分析新型的材料,为您讲述每一类型新材料的发展沿革,同时还包含详细的各类新材料的解读。

编辑推荐

本书为“化学先锋”系列丛书之一,讲述了材料学研究领域的最新变革,探索这些重大成就对文明已经产生的和即将产生的影响。此书全面概述了在新材料领域的最新创新,涵盖了从日常生活用品到药品再到家居旅游的安全装置的各个方面。

本书包含以下内容:生物材料,现代化学的诞生,自然界和人类发展史上的化合物,新材料的发现,材料的变革,纳米技术,动力和化学分析,智能材料。

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更新时间:2025/3/1 17:54:06