看得到的化學-美麗的元素:最美的第一堂化學課,讓你反覆翻閱、讚嘆欣賞的化學元素圖鑑。
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商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • 出版《大人的科學》等科普書權威「學研Plus」出品、筑波大學名譽教授監修,
    集合化學元素拍攝、解說生活應用的超精美圖鑑!
    日本bookmeter網站97%★★★★★絕讚好評

    本書從元素週期表的第一個「氫」開始,介紹目前已知118種元素的
    性質──硫很臭?其實無味。煙火很美,是哪些金屬燃燒後產生的鮮豔火焰?
    歷史──為什麼天文學家會發現化學元素?哪個元素是解開恐龍滅絕之謎的線索?
    應用──手機螢幕為什麼能透明又導電?什麼元素從單車、飛機到火箭都用到?
    獨家搭配無以倫比的美麗照片:
    氧化的鉍綻放彩虹光澤、菱錳礦美到有「印加玫瑰」之稱……

    ◎看過這本書,你拿到週期表不再死背,而是慢慢欣賞:

    ‧元素的起源,從宇宙誕生談起:
    138億年前宇宙誕生後,最初的元素「氫」出現了。
    之後恆星進行核融合反應,許多元素出現。但為何不會產生比鐵還重的元素?

    ‧看懂週期表──學會化學的第一步:
    週期表的化學符號是用什麼順序排列?
    週期表相當於化學世界的地圖,我們能根據某元素在週期表上的位置,
    在某種程度上明白其化學性質。(所以化學不用背!)

    ◎不只是化學,更是你我的生活應用:
    ‧大量存在於太陽系中,地球上卻很稀有的「氦」:
    從飛船、磁振造影檢查到磁浮列車都用得到氦,
    但發現它的竟然是天文學家,而非化學家。

    ‧製造硫酸的主角「硫」:
    其實硫本身無臭無味?那溫泉的刺鼻味哪裡來?
    切洋蔥時會流淚、臭鼬放出的刺激性液體都和硫有關。

    ‧強度高、耐腐蝕、又耐熱的「鈦」:
    鈦常製成電腦機殼、防晒乳等,且因人體不排斥,可製成人工關節。
    「二氧化鈦光觸媒」能靠光的能量去汙,因環保、實用而受注目。

    ‧有殺菌效果的貴金屬「銀」:
    銀自古即作為貨幣和飾品使用,也被用來驗毒。
    現代甚至能應用在相機底片、甜點的裝飾、抗菌劑上。

    ‧表示一秒基準的「銫」:
    目前的一秒時間,是依據銫原子的震動頻率為基準定義。
    放射性同位素銫-137,是2011年福島核災的主要外洩物質,半衰期達30年。

    ‧在極低溫下成為超導體的「鉍」:
    銀白色的鉍金屬氧化後竟呈現彩虹光澤?
    自動消防灑水器、胃潰瘍藥劑都會用到它。

    你一定不知道,遊戲機PS2狂賣竟然在剛果引發戰爭?這和某些金屬有關;
    到了21世紀,鍊金術不再是騙術?只不過鍊金成本比黃金價格還高。怎麼鍊……
    當你發現這些元素的綺麗身影,就能看見這個世界的變化多端。

    出版《大人的科學》等科普書權威「學研Plus」出品、筑波大學名譽教授監修,
    集合化學元素拍攝、解說生活應用的超精美圖鑑!
    日本bookmeter網站97%★★★★★絕讚好評
  • 譯者
    高佩琳
    曾於出版社擔任圖書編輯。日文一級檢定合格。譯作有《一流人才的道歉技術》(大是文化出版)。

    監修者
    大嶋建一
    筑波大學名譽教授(理學博士)。1946年出生於日本群馬縣。於東北大學理學部畢業後,修畢同大學理學研究科博士課程。曾於名古屋大學工學部擔任助教,之後至筑波大學物理工學系及物質工學系擔任教授。
    2011年起,成為筑波大學教育社會合作推進室的特命教授。專長為運用X射線和中子散射的無機物質結晶構造解析。
  • 推薦人:
    國立臺灣師範大學化學系副教授╱李祐慈 審定
    國立清華大學生命科學系助理教授、泛科學專欄作者╱黃貞祥
    國立臺灣師範大學化學系主任╱林文偉

    推薦序
    元素以及它們的產地

    國立清華大學生命科學系助理教授、泛科學專欄作者╱黃貞祥

    這本《看得到的化學──美麗的元素》讓我回想起中學和大學時,充滿好奇心的在化學實驗室裡上課的美好時光。化學元素反應產生的神奇變化,真是叫人目瞪口呆。
    我們放眼所及的萬事萬物,無不由各種最基本的化學元素構成。化學元素之間鍵結的可能性,如天文數字般的數量,可能比宇宙所有的原子數都還多很多。
    俄國科學家門得列夫在19世紀末,綜合科學家們的苦心研究,從看似雜亂無章的元素性質中,摸索出精妙無比的規律,製作出世界上第一份元素週期表──就是在化學教科書和實驗室中常見的元素週期表。他把化學元素按原子量的大小排序的同時,還把原子價相似的元素上下排成縱列,並據此預見了12種尚未發現的元素。
    化學元素的差異在質子數。科學極富魅力,門得列夫一旦製作出元素週期表,就立刻展現出強大的預測力,讓科學家能按圖索驥的進行更多研究。就像一位原本用古地圖到叢林尋寶的探險家,找到的第一個寶物居然是高精確度的GPS,就像如虎添翼、如有神助。化學知識於是在過去百年有了爆炸性的成長,還深遠的影響近代物理學的發展。
    即使沒有化學元素週期表,中西方的老祖宗也早已發現許多元素及化合物的多種用途,讓人類從石器時代演進至銅器乃至鐵器時代。人類之所以能如此不斷提升物質文明,是因為我們能高效的累積知識。然而,現代科學的濫觴,讓我們能更高效的發現元素的各種性質,並且合成各種化合物,使用在五花八門乃至千奇百怪的用途上。
    有了元素週期表,科學家已無法滿足自然界已存在的化學元素研究,利用科學理論的計算和推導,科學家利用最頂尖、最先進的科學儀器設備,居然還能透過將兩種元素高速撞擊的方法,增大自然存在的元素原子核的質子數,達到增大原子序數的目的,於是製造出新的人工合成元素。
    這種「逆天」的行為,迄今已製造出二十幾種人工合成元素,儘管它們均是半衰期,從幾年到只有數毫秒的不穩定放射性元素。不管存在時間有多短,科學家也都能突破極限,偵測到並研究它們的性質;有些在自然界中存量極其稀少的化學元素,科學家也能透過人工合成的方式產生,並且為它們找到合適的用途。
    這本書用圖文並茂的方式,深入淺出的解說化學元素的主要知識,並讓我們同時見識到自然和科學之美。書中列舉的許多化學元素及它們的化合物等用途,雖然僅是所有人類科技知識的冰山一角而已,但足以讓人目眩神迷。真是感恩化學元素、讚嘆化學元素!
  • 元素週期表
    推薦序 元素以及它們的產地╱黃貞祥

    元素的基本
    何謂元素?
    元素與原子的差別
    元素的起源
    發現週期性
    看懂週期表

    第1週期
    1 宇宙誕生後最初形成的元素:氫
    2 大量存在於太陽系中,地球上卻很稀有:氦
    專欄 元素的產生

    第2週期
    3因電池需求使用量增加的輕巧金屬元素:鋰
    4祖母綠的成分之一:鈹
    5耐熱玻璃的原料:硼
    6含有各種同素異形體:碳
    7讓大地循環的營養素:氮
    8燃燒物質等於使其氧化:氧
    9反應性大的鹵素元素:氟
    10使都市多彩繽紛的惰性氣體:氖
    專欄 稀有金屬與稀土元素

    第3週期
    11因「食鹽」廣為人知的元素:鈉
    12葉綠素的主要成分:鎂
    13隨氧化增加耐腐蝕性:鋁
    14以半導體素材之姿,引領電子文明:矽
    15有各種色彩的同素異形體:磷
    16硫酸的原料:硫
    17食鹽和鹽酸的源頭:氯
    18日光燈中的低活性氣體:氬
    專欄 生物的必要元素

    第4週期
    19肥料類植物的必要元素:鉀
    20構成人體骨骼的必要元素:鈣
    21稀土元素之首:鈧
    22強度高、耐腐蝕性、耐熱性:鈦
    23可增加鋼強度的稀有金屬:釩
    24同時具有美麗光澤與超強耐腐蝕性:鉻
    25應用於煉鐵和電池上:錳
    26人體及文明發展的必要金屬元素:鐵
    27可製成美麗的藍色著色顏料:鈷
    28也用於電池中的合金素材:鎳
    29自古伴隨文明史沿用至今:銅
    30比鐵更容易生鏽:鋅
    31成為半導體素材的稀有金屬:鎵
    32用於光學相關產業的稀有金屬:鍺
    33雖然有毒卻活躍於尖端工業:砷
    34照到光時會產生電流:硒
    35有刺鼻臭味的鹵素元素:溴
    36即便LED正盛,仍沒被淘汰的氣體:氪
    專欄 環境汙染與有毒元素

    第5週期
    37能測出地球和宇宙的年代:銣
    38讓煙火斑斕絢麗的稀有金屬:鍶
    39用於雷射元件的結晶體上:釔
    40仿製鑽石的素材:鋯
    41其合金在極低溫下會變成超導體:鈮
    42作為合金鋼的添加劑而有用:鉬
    43活躍於醫療界、世界最早人工放射性元素:鎝
    44提高硬碟磁性信號密度的貴金屬:釕
    45協助淨化廢氣的貴金屬:銠
    46能有效吸收氫氣的鉑系元素:鈀
    47有殺菌效果的貴金屬:銀
    48引發「痛痛病」的物質:鎘
    49液晶顯示器必備的稀有金屬:銦
    50廣泛應用於合金和電鍍的穩定素材:錫
    51運用於半導體和阻燃劑的類金屬:銻
    52尖端工業不可或缺的稀有金屬:碲
    53以消毒漱口藥水廣為人知:碘
    54也用於離子發動機:氙
    專欄 確認元素與顏色
    專欄 放射性元素

    第6週期
    55表示一秒時間的基準:銫
    56用於胃鏡的顯影劑:鋇
    57活躍於氫能社會:鑭
    58防紫外線很有效的稀土元素:鈰
    59可用於焊接護目鏡或綠色顏料:鐠
    60日本發明的釹磁鐵元素:釹
    61鑭系元素中唯一的放射性元素:鉕
    62與鈷的合金可製成永久磁鐵:釤
    63應用於色彩鮮豔的紅色螢光體:銪
    64可用於磁振顯影劑或核子反應爐控制棒:釓
    65多用於「磁致伸縮」的材料:鋱
    66需求量隨電動車市場擴大而增加:鏑
    67雷射大幅活躍於醫療領域:鈥
    68光纖的必要元素:鉺
    69用於光纖或螢光體:銩
    70命名源自瑞典的礦產地:鐿
    71價格比金還貴的稀土元素:鎦
    72與鋯相似的金屬元素:鉿
    73電子裝置不可或缺的稀有金屬:鉭
    74耐熱性與強度均優秀的元素:鎢
    75如幻影消失的「日本」元素:錸
    76密度最大的鉑系元素:鋨
    77解開恐龍滅絕之謎的線索:銥
    78常用在飾品或催化劑:鉑
    79有史以來最貴重的元素:金
    80有毒的汞蒸氣和有機汞:汞
    81以毒藥廣為人知:鉈
    82能吸收X射線的元素:鉛
    83能在極低溫下成為超導體:鉍
    84居禮夫婦發現的放射性元素:鉍
    85地球上的存量推估為28公克:砈
    86由鐳產生的惰性氣體:氡
    專欄 元素的發現史

    第7週期
    87最後一個在自然界中發現的放射性元素:鍅
    88付出生命換來的發現:鐳
    89鈾礦中發現的放射性元素:錒
    90大量存在地殼中的放射性元素:釷
    91用途受限的放射性元素:鏷
    92用於核能發電與核彈的放射性元素:鈾
    93史上最初發現的超鈾元素:錼
    94運用於核能發電燃料與核武上:鈽
    95產自鈽的元素:鋂
    96二戰結束後於廣播節目中首度發表:鋦
    97具有強烈放射性的銀白色金屬元素:鉳
    98可應用於檢查爆炸物等用途:鉲
    99元素名取自物理學家愛因斯坦:鑀
    100另一個因海上核試爆而合成的元素:鐨
    101元素名取自發現元素週期性的門得列夫:鍆
    102元素名取自發明矽藻土炸藥的諾貝爾:鍩
    103最後一個錒系元素:鐒
    專欄 原子彈與元素
    104元素名取自原子核物理學之父拉塞福:鑪
    105元素名取自俄羅斯的小鎮杜布納:𨧀
    106以氧離子撞擊鉲合成:𨭎
    107元素名取自物理學家波耳:𨨏
    108和鋨的化學性質很像:𨭆
    109以鐵離子撞擊鉍合成:䥑
    110初次產生的鐽半衰期僅0.00017秒:鐽
    111元素名取自發現X射線的倫琴:錀
    112元素名取自提出日心說的哥白尼:鎶
    113元素名取自「日本」:鉨
    114以鈣離子衝撞鈽合成:鈇
    115元素名取自美國莫斯科州:鏌
    116以鈣離子撞擊鋦合成:鉝
    117元素名取自美國田納西州:Ts
    118元素名於2016年受到認定:Og
    專欄 尚未獲得公認元素的序數命名法
    專欄 探求新元素

    元素名稱由來一覽表
    參考文獻
    照片提供
  • 發現週期性──混沌中挖掘出的週期性

    碳、金、銀、銅、錫、鉛、鐵等,可說是人類最初發現並使用的元素。中世紀時,鋅因為煉金術實驗而發現,銻、砷等元素則是緊接在之後發現。
    不過,直到18世紀,近代化學開始發展,才陸續找出更多元素。之後,英國化學家約翰.道耳頓(John Dalton)提出原子說,主張原子是實際存在的物質,且各有特定質量(原子量)。由於不同元素中常見到許多相似的化學性質,讓人轉而思考元素之間,或許有什麼法則存在。
    而成功整合出這個法則的人,就是19世紀的俄羅斯化學家門得列夫(Dmitri Mendeleev)。門得列夫將截至當時發現的近60種元素,以卡牌遊戲為依據,將原子量由小到大依序排列。他是從當時的已知元素氫、氮、碳等排序中,留意到元素會週期性出現相似的性質。這份列表於1869年發表後,歷經多次改良,成為至今依然使用的週期表。

    大量存在於太陽系中,地球上卻很稀有──氦

    氦是無色無味,隸屬第18族的惰性氣體元素。太陽系中占比約27%,僅次於氫。但氦在地球上由於重量過輕而飛往宇宙,因此含量極為稀少。再加上惰性氣體反應活性低的特質,故天然化合物中也不存在。
    日常中的氦,幾乎都從天然氣中提取。而氦因為比空氣輕又不易燃,不像氫那樣容易爆炸,所以除了用於灌入飛船或氣球外,液態氦也會使用在磁振造影(Magnetic Resonance Imaging,簡稱MRI),或磁浮列車的超導磁鐵冷卻劑上。
    另外,作為派對道具使用(混入氧氣)的氦氣罐,當人吸入一口後再開口,會發出高亢的聲音。這是因為聲音在氦氣中會傳達得比空氣快,使聲音的震動頻率提高所致。不過,要注意氦氣中是否混入氧氣,若吸入不含氧的氦氣,會導致肺缺氧。
    1868年,在印度觀察日全蝕的法國天文學家皮埃爾.讓森(Pierre Jules César Janssen),發現太陽光中有未知的光譜。同一時期進行觀測的英國天文學家洛克爾與艾華.弗朗克蘭(Edward Frankland),也透過光譜分析得到相同事實,將這個新元素命名為氦。

    硫酸的原料──硫

    想必有人一聽到硫,就會先想到溫泉的臭味,但其實純的硫沒有臭味。那種獨特的臭味是來自於硫化氫化合物。雖然火山噴氣口附著了許多黃色硫晶體,但在工業上也會以提煉石油的次要產物(二氧化硫)獲得。
    硫的代表性化合物有毒性很強的「硫化氫」和「二氧化硫」(亞硫酸氣體)。另一方面,硫能大幅提升天然橡膠的品質。在天然橡膠中添加碳會增加強度;添加硫則能增加彈性。目前硫元素最主要的用途,就是製造硫酸。對生命體來說,構成蛋白質的胺基酸中也含有硫。

    強度高、耐腐蝕性、耐熱性──鈦

    鈦在地殼中的含量排名第十。存於金紅石和鈦鐵礦等礦物中,大部分開採到的都是氧化鈦。產量雖多但很難精煉,因此價格高昂。以承重度來說強度最高,加上耐高溫、耐腐蝕性,是飛機、建材不可或缺的材料。
    鈦常應用在高爾夫球桿、電腦機殼、白色顏料等。一般認為鈦不容易被人體排斥,故用於製作人工關節,加上有隔離紫外線的作用,所以也會用於防晒乳或化妝品上。有一項日本研發的技術「光觸媒」效應(本多─藤?效應),能使二氧化鈦透過水吸收光(紫外線),來分解汙染物質(按:因環保實用而受注目)。

    有殺菌效果的貴金屬──銀

    銀自古即作為貨幣和飾品使用,約莫五千多年前的美索不達米亞文明遺跡中,便有留下銀製飾品。另外,大約7世紀時,人們發現從硫化礦物方鉛礦(galena)的雜質中,分離出銀的方法。
    銀最大的特點,便是其導電性與可見光的反射率,為所有金屬中最高的。其次,銀擁有僅次於金的延展性,1公克的銀能拉長到2,000公尺的程度。不過,由於銀很容易氧化,並和空氣中的硫反應而變黑,幾乎很少像金一樣應用在電子儀器上。另一方面,據說古時候使用銀製食器,就是利用其變色性質,偵測食物中是否混入硫化砷(arsenic sulfide)等毒物。
    到了近代,銀則用來作為照片的感光材料。這是利用了底片上的感光乳劑,所含的溴化銀或碘化銀化合物受光照射後,銀粒子會游離的性質。早期的電影會將銀塗在投影幕上,故至今仍以「銀幕」稱呼。
    進入20世紀後,人們發現銀離子有殺菌效果,故將銀製成抗菌劑或殺菌劑。加上銀不像汞或鉛有強烈毒性,今後可能更廣泛的活用於醫療領域上。

    引發國際衝突的炙熱焦點──稀有金屬與稀土元素

    極受歡迎的家用遊戲機PlayStation 2(以下簡稱PS2)於2000年上市,只不過,鮮少有人知道這款遊戲機,曾在非洲中央的剛果民主共和國引發紛爭。究竟日本的遊戲機和非洲的紛爭有何關聯?
    事實上,製造PS2電子電路的電容器和積體電路時需要的稀有金屬,必須從剛果民主共和國進口。該國擁有豐富的銅、鈷、鑽石和石油等資源,而鉭鐵礦石是鉭鐵礦(tantalite)和鈮鐵礦(columbite)的總稱,又名鈳鉭鐵礦。鈳鉭鐵礦的需求量在PS2發行後急速上升,由於產量不足導致價格上漲。接著,政府與反政府勢力開始爭奪出產鈳鉭鐵礦的礦山,最後引發衝突。
    稀有金屬是手機、電腦、複合動力車零件和太陽能電池等,高科技產業不可或缺的金屬,而其流通量少到正如其名。
    另外,稀有金屬的產地若位在政治不安定的國家或地區,常常發生爭奪利益的衝突。由於出售礦產的獲利能當作武裝勢力的活動資金,某些情況下會引發進一步衝突。這種成為爭端的礦物就稱作「衝突礦產」(Conflict minerals)。舉例來說,除了鉭、鎢、錫、金,還有祕魯里約布蘭科(祕魯北部高山區)的銅和鉬、新喀里多尼亞的鎳、尚比亞的鈷等,都屬於衝突礦產。
    衝突礦產和同為紛爭源的鑽石,目前都是全球關注的問題。由於換購手機或電腦等於助長這個世界的紛爭,甚至有越來越多人呼籲應限制購買紛爭國稀有金屬的運動。為此,獎勵回收不再使用的手機和電腦、從產品中回收稀有金屬再利用,皆被致力推廣。然而,至今還是有採購來源不明的資源被拿來利用。
    稀有金屬中,釔和鑭系元素等17種元素稱作稀土元素,對於電子產品的小型化和性能提升來說不可或缺。至於蘊藏量並非指字面上的「稀有」,而是因為化學性質相近,故分類和煉製要花不少工夫。其生產量95%來自於中國,美國為第一大的進口國、日本第二。
    這些資源一旦價格上漲或實行出口限制,就會直接反映到全球產業和經濟上。為了確保供給穩定,需要配合回收技術研究、開拓新供給源或開發取代材料為佳。
    推薦書展
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