虽然化学在生活中非常有用，但是常常有人会说化学不好学，或是觉得枯燥无味，或是觉得需要死记硬背。所以在这本书里，我们将试着让读者看到化学里面有趣的、精彩的、好玩的一些故事，展现出学习化学比较轻松的一面。至于这个目的能达到几分？就要等待读者您告诉我们了。

炼金术从巫术转为一种学术——这就是化学！

生物过程和非生物过程，在化学这里相会！经济活动需要化学、海底探索需要化学、太空探索也需要化学……

化学无处不在！

第一章 化学的发展

 邃古之初——约30亿年前

 火，火，火！——约800万年前

 贤哲的时代——公元17世纪

 新旧时代的交替——17—18世纪

 近代化学之父拉瓦锡——18世纪

 被埋没的天才——卡诺(1796—1832) 

 活力消失，有机常在——有机化学的诞生

 一日的奇迹——元素周期表

 生命的变化——生物化学

 墙里开花墙外香——吉布斯

 终极理论——量子化学

第二章 我们身边的化学

 谁来养活世界？

 “面”的学问——表面化学

 长大的婴儿——电化学

 血不一定是红的

 救命的化学

 橡胶的发现之路

 炼石成金

 举目可见的“稀有气体”

 奇妙的水

 现代建筑的基础——水泥

 镭的母亲

 流动的晶体

第三章 化学轶事

 万物的砖块

 带在身上的空调

 差之毫厘，失之千里

 导电的塑料

 无上荣光

 消失的钻石

 超级抽水机

 小分子大用处

 生命的螺旋

 梦蛇

 浪子回头

 欧阳锋与疯牛病

 化学魔术

附录：轻松学好化学

结语：明天的化学

差之毫厘，失之千里

“铸铁山庄众弟子都是铁匠出身，自知铁精传闻，相传炼剑之时，只要置入一点半点，寻常兵刃便能成为天下罕见的奇珍异宝；本以为这是传说，想不到世间真有这等怪异东西，不由得瞠目结舌。”

——《英雄志‘神剑擒龙》

现实生活中当然没有这种神奇的物质。不过，材料的纯度对材料的性质的确有着巨大影响。在冶金工业中，一点点的成分差别就会造成产品的性质差别很大。这方面最有名的例子，是关于金属钛的故事了。金属钛密度小、强度高、耐腐蚀、熔点高，因此在航空、航天、航海工业中是不可缺少的材料。同时，钛和人体能配合的很好；人体组织能够在钛骨架上生长，因此钛也是人造骨骼的重要原料。不过，钛刚刚诞生的时候，却是一只无人问津的丑小鸭。

1791年，英国的化学家和矿物学家威廉·格雷戈尔(William Gregory)在一种铁矿石中发现了一种新元素，但却没能把它提炼出来，于是给它取了一个不太吉利的名字叫“梅纳辛”(Menacein)。英文中“梅纳”是“威胁”和“祸事临头”的意思，“辛”则是把这个“词”人格化的后缀——看来这位科学家兼牧师的气量实在不太大。1795年，德国化学家马丁。克拉普罗特(M.H.Klaproth，1743—1817)在研究金红石时，也发现了这种元素，他给这种新元素起了个好听的名字“钛”，意思是“泰坦元素”——泰坦是希腊神话中的上古巨人，力大无穷。为人类盗火的普洛米修斯就是泰坦族人。1797年，化学界确认了这两位发现的其实是同一种元素，并且采用了克拉普罗特的命名。

虽然有了好听的名字，钛并没有因此就在人类面前显露真容。在19世纪，许多著名的化学家想要提炼出金属钛，却一无所获。一直到1875年，俄国化学家基利洛夫(Kirilov)终于第一次分离出金属钛，还写了一本叫《钛的研究》的小册子。但基利洛夫得到的钛纯度不高，杂质很多，又一碰就碎，毫无用处。所以钛仍然没有引起人类的注意，连基利洛夫自己此后也放弃了对钛的进一步研究。这一搁置就又是12年，直到1887年，瑞典化学家尼尔森和彼得松(Petersen)得到了纯度为95％的钛；1895年，法国化学家莫瓦桑(Henri Moissan，1852—1907)得到了纯度为98％的钛。但是这之后，对钛的提纯又连续十几年没有进展。1910年，美国化学家亨特(Hunter)将很纯的四氯化钛和金属钠一齐放进耐高压的钢缸中，将缸加热到红热，冷却后用水洗去生成的氯化钠，得到了纯度高达99.9％的钛。他得到的钛终于是银灰色的金属，但是仍然非常脆弱，甚至无法进行机械加工。钛也因此被人们嘲笑为“毫无用处的巨人金属”。亨特本人也大失所望，不禁怀疑自己的努力是否有价值。

可是，钛这种金属真的就这么脆弱么？并不是所有的化学家都这么认为。1925年，两位不死心的荷兰化学家范’阿克尔(F.Arkell)和德波尔(DeBoer)经过反复研究，改用一根加热的钨丝来还原四氯化钛，终于得到了高纯度的钛。没有了那千分之一杂质的高纯钛，具有令人惊异的延展性，可以被碾成比纸还薄的薄片。更令人惊喜的是，向其中加入微量的其他金属元素，得到的合金不但不会脆弱，反而是兼具高硬度和高抗拉强度这两个特性的优良材料，并且仍然耐腐蚀。加上钛的密度比铁低接近一半，钛几乎是一夜之间便成为了工业的宠儿。今天，钛在工业和医学上的广泛应用和广阔前途为它赢得了“21世纪金属”的美名。

除了钛之外，这种成分含量的小小变化造成材料性质巨大改变的例子还有很多。比如锰在钢铁中会使得钢铁发脆，但是高锰钢却是耐磨材料；含铝95％的硬铝合金，强度比铝高几倍，接近钢铁……最令人惊讶的可能还得算是当代IT行业的基石——纯净的半导体材料几乎是不导电的，不过只要加入十亿分之一的杂质，它们就能让电流通过，成为电子器件的原料。可是只要杂质再多一点点，得到的半导体材料就失去了各种特殊的电学性能，变成废品。又要添加，又不能过量，这点大概是人们在构想铁精之类的传奇故事时所不曾想到的吧？

现代结构化学对这种种奇特现象进行了深入细致地研究。研究表明，这些变化都是因为杂质引起了材料的结构变化造成的。这种变化有时反映在电子能态的变化上，造成催化性能或者电子性能的巨大变化，有时候则进一步引起晶相的巨大变化，造成材料的机械性能发生改变。现在，化学家们已经开始有意识地利用结构化学知识，“设计”掺杂的方案，开发需要的材料。也许在不久的将来，开发的成果便会悄悄走入我们的生活。

P89-92

一千个人有一千个哈姆雷特。同样的，对于同一个问题：为什么要学化学，一千个人可能有一千种不同的答案。

我们认为，你不一定要学化学——假如你对自然科学没有兴趣：假如你对生活中林林总总的事物没有好奇心；假如你愿意生活在“神圣的无知”中……

如果把现代自然科学看做一张由各学科的知识互相交织而成的硕大无比的网，那么可以说，化学就处在这张巨网的中心位置。微观原理和宏观现象要靠化学架起桥梁；生物过程和非生物过程，在化学这里相会；地质或者天文，都和化学有着千丝万缕的联系。

现代生活当中也是处处都存在化学现象。工业、农业、运输、服务、餐饮……任何行业的运作都离不开化学；出外、在家、旅游……就算到了太空中，身边也不会没有化学制品。

在这样的情况下，化学知识当然就成为了一种“泛用兵器”。“日用之而不知”固然也能过得下去，但是难免有时候就会在这个“不知”上面栽跟头。那些神棍、巫婆，更是常常利用化学现象欺骗民众。反过来，有丰富化学知识的人，不但不会受这些骗局的困扰，而且在生活中还会发现，很多问题其实有着很简单的解决方案呢！

虽然化学这么有用，但是常常有人会说化学不好学，或是觉得枯燥无味，或是觉得需要死记硬背。所以在这本书里，我们将试着让读者看到化学里面有趣的、精彩的、好玩的一些故事，展现出学习化学比较轻松的一面。至于这个目的能达到几分？就要等待读者您告诉我们了。

结语：明天的化学

化学经过了几个世纪的发展，已经成为一门洋洋大观的学问。在新的世纪里，化学有着数不清的发展前景。同时，化学中也仍然有着许多待解的难题。能解开这些问题的人，将会作为杰出的化学家被铭刻史册。在本书前面的部分，我已经提到了一些。在本书结束之前，我们不妨再来看看剩下的几个问题中可能最有价值的一部分。也许，能解决当中某个问题的，就是未来的你呢？

如何建立彻底、准确而又实用的微观化学反应理论？这种理论应当能够指出某两个或者几个分子能否发生反应，反应生成什么，还有如何发生反应。此外，它还应该能够指出外界条件发生变化时，反应的速率、方向会如何改变；什么样的催化剂能对这个反应达成特定的效果。

什么方法能够让化学家定量地确定分子和材料的结构和其物理化学性质之间的关系？这种方法应该能够帮助我们了解如何使得宏观材料的性能尽量接近理论极限，让我们知道周围的溶剂、气体会对材料性能发生什么影响，最后还要能够帮助人类“设计”出具有所需要的功能的材料分子来。

要怎样对非平衡体系，尤其是生物体系的化学过程作出微观和宏观的判断？这个问题关系到我们对生命本质的自我维系和有序结构的内在机理的了解，对生物学、医学也关系重大。

纳米尺度的化学理论。纳米材料的表面能由于比普通材料高得多，因此具有很多相当不寻常的物理、化学性质。现在，尽管化学家们对纳米材料的性质已经进行了大量的研究，这方面的理论研究仍然相当匮乏。时代期待着有人能为纳米世界可以为人类像对宏观世界那样，总结出系统的规律。

总之，化学的世界是非常广阔的。我希望这本小书，能为亲爱的读者展现出通往化学世界深处的几扇小小门窗——那将是我最大的荣幸了。