序
一本化學的旅遊指引書
牟中原/審定者
四十八年前念初二時,是在基隆一所山上的初中。記得學校裡有一間老老的理化實驗室,裡面有瓶瓶罐罐,四面牆上都是藥品櫃。化學老師也是一年級的博物老師,姓謝,好年輕,才二十歲出頭。那年頭,沒有什麼第八節輔導課,下午四點鐘就放學了,大夥還喜歡留在學校打球玩。謝老師大概看到我們那群小蘿蔔頭,玩昏了頭不求學。他找了我們組了個小小科學俱樂部,居然就把理化實驗室的鑰匙給了我們,任大家放學後進去玩實驗。
一天,謝老師教我們做金屬鈉與水的化學反應。他小心翼翼的從一瓶油裡撈出一小塊黃黃的金屬,用小刀切下小小像豆子般大小的鈉分給大家。我也拿一塊,回到我那一大缸水槽,丟進水裡。那塊金屬鈉浮在水面上,立刻就和水反應,冒出氣泡,氣泡劇烈產生後還會著火。鈉塊像是有動力般在水面上跑來跑去。那時我才十二歲,真是深深感到興趣。這是水和鈉的反應,產生氫氣,然後燃燒。
後來,有天又在實驗室裡弄實驗,老師開會去了。有位同學不知如何找到了一瓶鉀,大家商量著是什麼。有人說書上說鉀和鈉性質很像。也不記得是怎麼搞的,反正最後有人壯著膽子弄了一小片鉀放到水裡去,立刻起火轟然一聲,水槽都炸穿了底。一群人嚇呆了。
這就是化學
這就是化學,很多元素相似又相異。鉀是鈉的弟兄,但它和水和空氣卻會有更劇烈的反應。我也學到必須不能輕視化學上一點點的差異。差異可以很小,但也可有很不同的結果,像鐵軌的分叉。化學這一行就是要了解千千萬萬不同物質相似和相異之處,以及背後的道理。
最基礎的問題是了解化學元素之間的相似性、差異性。有金、銀、銅、鐵這些金屬,也有氧、氮、氯這些氣體,也有半導體者如矽、硼。它們看來差別很大,像是紐約街頭胡亂遇到的五花八門各式人種。但化學家經過長期研究,發現這些元素可以分家族的,同一家族的長相就類似,但個性並不完全相同,重量也不一樣。鈉和鉀就是同一家族的,鉀比較重一些,但個性反而不穩重,要比鈉活潑。
要怎麼樣清楚的表示這些元素的家族譜系和鄰居關係呢?俄國人門得列夫(Dmitri Mendeleev, 1834-1907)早在一百多年前提出了元素週期表,把這些元素排出個合理而容易了解的陣營。百年來,這個週期表,就像一張元素王國的地圖。化學家、工程師、學生就憑著這張地圖去了解、摸索元素及其化合物。
《化學元素王國之旅》這本書,就是向更多的大眾介紹這元素週期王國的地形山川。它是一本化學的旅遊指引書,因此並不會巨細靡遺,但帶你去的多是精挑的。這本書除了介紹元素地形以外,也介紹它背後的道理︰元素的原子構造是如何形成的。就像一本好的導遊書,它也介紹這王國的歷史,也就是許多元素發現的歷史故事。
元素如果是王國的邦,那各邦之間可以形成聯盟,就好像元素和元素會結合成化合物,本書也介紹化學鍵的形成。
這本書的作者艾金斯是一位知名的物理化學專家,寫過很受歡迎的教科書。這裡他展現科普書寫作的才華,把一個很難寫的題材寫得很深入淺出,井然有序。如果任何人想通盤了解化學元素,這兒是最好的出發點。
這本書中譯本於1996年出版,沒想到一晃就是十二年。這當中又不知教了多少學生。每當教普通化學時,我都會提到門得列夫的故事,真是歷久彌新。週期表值得每一個學子一再去了解它。
2008年底於台灣大學(本文作者為台灣大學化學系教授)