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为什么黄金比玻璃贵得多？为什么早期炼金术被视为一种神秘的艺术？最早的化学教科书是哪本？道尔顿的原子理论如何破土而出？元素周期表是怎么诞生的？谁“抓”住了光？能阻挡子弹的物质是什么？抗生素是如何在一次偶然的观察中横空出世的？人类在对抗病毒方面都做了哪些努力？带着一个个有趣的问题，这本书描绘了化学这门学科演变的历史过程，揭开了化学的神秘面纱。本书用通俗的语言写成，对关键的理论和思想进行了简明扼要的解释，并配有丰富的全彩插图。无论你是化学学科的“小白”，还是专业学生或化学教师，你都能在这本书中找到令你振奋的有趣内容。

前言

一、实用化学（史前到800年）
18 不懂啤酒的人，不知道什么是好啤酒？ 
酿酒
20 香甜的油 
纯化物质
22 公羊的脂肪，火中的灰烬 
制作肥皂
24 暗淡的铁在深处沉睡 
从矿石中提取金属
26 如果它不是那么易碎，我会喜欢它胜过黄金 
制造玻璃
27 黄金和白银是天然的货币 
精炼贵金属
28 原子和虚空是宇宙的开端 
原子宇宙
30 火、水、土和无价的气 
四大元素

二、炼金术时代（800—1700年）
36 贤者之石 
制造黄金的尝试
42 整个房子都被烧毁了 
火药
44 剂量决定物质是否有毒 
新型化学药物
46 比蒸气更微妙的东西 
气体
47 我指的是元素……绝对纯粹的小体 
微粒
48 一种最强大的物质——火：燃烧，炽热，火热 
燃素

三、启蒙化学（1700—1800年）
54 这种特殊的空气……对所有动物都是致命的 
固定空气
56 这种气体爆炸了并发出了巨响 
易燃空气
58 这是一种高贵的空气 
氧气的发现和燃素的消亡
60 我抓住了光 
早期光化学
62 在技术和自然的一切运作中，没有什么是被创造出来的 
质量守恒
64 我敢说这是一种新土 
稀土元素
68 自然赋予了固定的比例 
化合物比例
69 没有催化的化学如同没有剑柄的剑 
催化

四、化学革命（1800—1850年）
74 每种金属都有一定的能量 
第一个电池
76 吸引力和排斥力克服了选择性亲和力 
用电分离元素
80 终极粒子的相对重量 
道尔顿的原子理论
82 化学标志应该是字母 
化学符号
84 相同但又不同 
异构现象
88 不用肾脏也可以制造尿素 
尿素的合成
90 二氧化硫与氧气的瞬时结合 
硫酸
92 分解物质的量与电量成正比 
电化学
94 空气被压缩到原来的一半，获得两倍的弹力 
理想气体定律
98 它可以复制任何对象 
摄影
100 自然界制造了类似于元素本身的化合物 
官能团
106 哦，卓越的气囊 ！ 
麻醉剂

五、工业时代（1850—1900年）
112 这种气体会给地球带来高温 
温室效应
116 煤制蓝色 
合成染料
120 强大的炸药成就了精彩的工作 
爆炸化学
121 推断原子的重量 
原子量
122 放入火焰中时产生的明亮线条 
火焰光谱学
126 表示原子化学位置的符号 
结构式
128 其中一条蛇咬住了自己的尾巴 
苯
130 性质的周期性重复 
元素周期表
138 分子间的相互吸引 
分子间力
140 左手和右手分子 
立体异构
144 宇宙的熵趋于最大值 
反应为什么会发生？
148 每种溶于水的盐都会在酸和碱中部分分解 
酸和碱
150 改变条件可以引发逆反应 
勒夏特列原理
151 耐热，防碎，防刮 
硼硅酸盐玻璃
152 新的原子星座 
配位化学
154 绚丽的黄色光芒 
稀有气体
160 分子量此后应称为“摩尔” 
摩尔
162 负责生命化学的蛋白质 
酶
164 负电荷载体 
电子

六、机器时代（1900—1940年）
170 就像光谱中的光线，不同的成分也可被分离 
色谱法
176 新的放射性物质含有一种新元素 
放射性
182 分子像吉他弦一样，以特定频率振动 
红外光谱法
183 这种材料有千种用途 
合成塑料
184 最常测量的化学参数 
pH标度
190 空气中的面包 
肥料
192 这种能力揭示了出人意料的结构 
X射线晶体学
194 可出售的汽油 
裂化原油
196 就像被人扼住了喉咙 
化学战
200 它们的原子具有相同的外层但有着不同的内核 
同位素
202 每条线对应一个特定的原子量 
质谱
204 化学创造的最大事物 
聚合
212 发展汽车燃料至关重要 
含铅汽油
214 弯箭头是一种方便的电子标记工具 
描述反应机理
216 空间结构的形状和变化 
改进的原子模型
222 青霉素始于一次偶然的观察 
抗生素
230 出自原子加速器 
合成元素
232 我们几乎每天都会接触特氟龙 
不粘聚合物
234 我与炸弹无关！ 
核裂变
238 化学依赖量子原理 
化学成键

七、核子时代（1940—1990年）
250 我们创造了前一天还不存在的同位素 
超铀元素
254 存在于普通事物中的微妙运动 
核磁共振波谱
256 生命的起源是一件相对容易的事情 
生命化学物质
258 基因语言有一个简单的字母表 
DNA的结构
262 逆向化学 
逆合成
264 分子特技形成的新化合物 
避孕药
266 活的光 
绿色荧光蛋白
267 能阻挡子弹的聚合物 
超强聚合物
268 整个结构在眼前展开 
蛋白质晶体学
270 神奇疗法和灵丹妙药的吸引 
合理药物设计
272 这个屏障很脆弱 
臭氧空洞
274 改变世界本质的力量 
杀虫剂和除草剂
276 如果它能阻止细胞分裂，那将有益于治疗癌症 
化疗
278 移动时代的隐藏主力 
锂离子电池
284 完美精密的复制机器 
聚合酶链反应
286 60个碳原子击中我们的脸 
富勒烯

八、不断变化的世界（1990年至今）
292 一次一个原子地制造东西 
碳纳米管
293 为什么不利用进化过程来设计蛋白质？ 
定制酶
294 负排放是好的 
碳捕获
296 生物来源的和可生物降解的 
可再生塑料
298 平面碳原子的魔力 
二维材料
300 令人惊叹的分子图像 
原子力显微镜
302 更好的操纵基因的工具 
编辑基因组
304 我们将会知道物质在哪里终止 
完成元素周期表？
312 人类对抗病毒 
新型疫苗技术

316 人名录
324 术语表
328 原著索引
335 引文出处
336 致谢

前言
化学可以被定义为对构成我们自己和我们周围世界的元素和化合物，以及将各种物质转化为不同物质的反应的研究。但如此简单的定义会削弱化学的神秘和奇妙，这种神秘和奇妙多年来一直吸引着人们对其进行研究。
化学是天赋和奇观的科学。两种无色液体混合在一起，可以产生一团盛开的亮黄色沉淀物；一片闪闪发光的金属落入水中，会起泡并剧烈地“爆裂”成空灵的淡紫色火焰……这些反应在被解释之前，看起来像是魔法。
然而，与魔法不同的是，化学在几个世纪以前就已经脱下了它的神秘外衣，尽管探索它们所需的一些工具可能很复杂。随着我们对化学的不断探索，我们对这门科学的认知也在不断深化。
从炼金术到化学
在古代，化学是作为分离和提炼物质的一种实用手段出现的。其驱动力是，人们认识到构成混合物的各成分可能具有不同的性质。
在古巴比伦、古代中国、古埃及，这些技术的早期实践者们开发了专门的设备来更好地改进他们的工艺。其中一些工艺，如生产肥皂、制造玻璃和提炼金属的工艺，至今仍以改良形式被使用。
在中世纪，炼金术被认为能带来财富和不朽。炼金术士们孜孜不倦地寻找传说中的“贤者之石”，这是一种传说中的物品，据说可以将普通金属变成黄金，并能制造出让服用者长生不老的“灵丹妙药”。
尽管这些目标无法实现，并且在今天看来可能会令人惊讶，但炼金术士们为实现这些目标所做的努力促进了实验化学的发展，甚至引导了新元素的发现。
到了18世纪，现代化学的雏形从日益受到贬低的炼金术实践中出现。化学思维的革命使人们对物质的相互反应和结合有了更清晰的认识。
19世纪见证了现代原子理论的建立，以及化学中最知名的可视化表现形式——元素周期表的出现。19世纪还见证了化学工业应用的爆炸式增长，这些应用将这门科学转变为一种使创新能够实现的技术学科。
20世纪见证了诸多创新的实现。正如我们所知，塑料、肥料、抗生素和电池是现代生活的重要组成部分，同时也很少有发明能够像避孕药那样产生如此巨大的社会影响。
但化学的力量及其潜在危害也给我们带来了警示，含铅汽油的长期使用及其对神经系统的潜在影响，消耗臭氧层的化合物对臭氧层造成的损害，以及核武器的问世，都在提醒人们，化学品既有益又危险。
今天，我们与化学的关系是矛盾的。一方面，它持续为我们提供重要的和拯救生命的创新，不断扩展我们的知识范围，如疫苗就依赖化学作用。另一方面，人们也持续关注化学品对健康、气候和地球的影响。然而，要解决这些化学问题，我们必须将化学与其他科学结合起来。
化学的分类
一般来说，现代化学可分为三大类：物理化学、有机化学和无机化学。
物理化学是处于物理和化学之间的交叉领域，通常应用数学概念来理解化学现象。它的内容包括热动力学，化学家可以应用热动力学来确定化合物的稳定性、某些反应是否能够发生，以及反应发生的速度。
有机化学主要研究碳基化合物及其衍生物。碳原子的独特之处在于它能够与其他碳原子和其他元素（如氧、氢和氮）的原子以化学键的形式形成大的网络。生物化合物，包括我们的DNA，都是有机化合物，我们使用的许多药物也是如此。有机化学的研究是为了了解这些化合物的结构和反应。
无机化学研究有机化合物及其衍生物之外的所有元素及其化合物，包括金属化合物，确定它们的结构及它们如何反应。这一领域的进步引导了染料、新材料和锂电池的出现。
虽然教科书和化学课程通常将化学进行这样的分类，但它们内部之间，以及化学、生物学和物理学之间的界限越来越模糊。近年来的许多重大科学进步，如使用粒子加速器发现新元素、基因编辑技术的发展和COVID-19疫苗的开发，超越了这些简单的分类，需要跨学科的专业知识。
化学已成为中心科学，并与其他科学交叉以提供令人兴奋的新进展。这本书描绘了这种演变的过程，从化学在古代的实践根源开始，讲述了现代化学如何从炼金术中出现，并最终揭示了化学的影响如何延伸到当今世界的几乎每一个领域。

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