觀念化學I：基本概念‧原子

你知道，大地、天空和海洋是什麼構成的嗎？

你好奇雨水坑怎麼會乾涸，汽車怎麼從汽油得到能量，食物怎麼變為人所需要的營養與熱量嗎？要解釋這些問題，沒有化學可不行！因為任何摸得到、見得著、可品嚐、可聞嗅、可聽得的東西，都跟化學有關係！

如果我告訴你，你呼吸的空氣是一種溶液；你喝的水，再怎樣純化也不可能是「純水」；你跟心愛的人不管如何緊密擁抱，也都是有距離的；而且不管你幾歲，構成你身體的原子都跟宇宙洪荒一樣老，你會不會嚇一跳？對於這一切不可思議的事實，只要用化學原理簡單解釋，你就能完全明白，而不再驚恐狐疑。

《觀念化學 I》就是要帶你從生活中進行探索，教會你用化學之眼來看這個世界！

蘇卡奇 著
美國維吉尼亞州立邦聯大學有機化學博士。他不僅是出色的化學教師，也是大名鼎鼎的《觀念物理》作者休伊特（Paul G. Hewitt）的外甥。在取得博士學位並從事兩年的藥理學研究後，蘇卡奇前往夏威夷州立大學擔任客座教授，並且在那裡與休伊特一同鑽研大學教科書的寫作，從此對化學教育工作欲罷不能。

蘇卡奇最拿手的，就是帶領學生從生活中探索化學，他說：「當你好奇大地、天空和海洋是什麼構成的，你想的就是化學。」他總是想著要如何用最貼近生活的例子，給學生最清晰的觀念；他也相信，只要從基本觀念著手，化學會是最實際且一生受用不盡的科學。 目前，蘇卡奇與他的妻子、三個可愛的小孩，定居在佛蒙特州，並且在聖米迦勒學院擔任教職，繼續他熱愛的教書、寫書，還有詞曲創作的生活。

葉偉文 譯
1950年出生於台北市。國立清華大學核子工程系畢業，原子科學研究所碩士（保健物理組）。曾任台灣電力公司核能發電處放射實驗室主任、國家標準起草委員（核子工程類）及中華民國實驗室認證體系的評鑑技術委員（游離輻射領域）、台灣電力公司緊急計畫執行委員會執行祕書。

到化學世界逛逛

蘇卡奇／本書作者

歡迎各位到化學世界來。在這個奇妙的世界裡，你們身邊的所有東西，都可以追溯到不可置信的微小顆粒上。這種顆粒叫做原子。化學是研究原子怎麼結合成物質的學問。學了化學之後，你們看事情會有全新的視野，不僅知道物質是怎麼形成的，也知道它們為什麼會表現出這種特性。

化學是一門非常實際的科學。在瞭解了原子的行為模式，並找到方法進一步加以控制原子的行為後，化學家就開始製造出許多有用的新物質，例如：合金、肥料、藥品、聚合物、電腦晶片、合成DNA等等。這些物質把人類的生活提升到空前的水準。就憑化學對我們社會有這麼大的影響，就值得好好把它搞清楚。更重要的是，有了基本的化學知識之後，你可以自己評估，那些新穎的技術是否會對環境造成劇烈衝擊，是否值得信賴。你也可以自己判斷有些人的說法是不是對的，而不會被別人牽著鼻子走。

《觀念化學》介紹的是化學觀念，主要的重點是觀念理解而不是計算技巧。雖然有時候會有些看似難解的化學觀念出現，但其實這些觀念都很直接易懂，只要你有學習的意願，就能弄懂它。你付出的努力將會有豐碩的成果。你不但能學習到和環境有關的新知識，也會瞭解自身和環境之間的關係，還能改善學習技巧，變成較精通思考的人。不過你要記得，學化學就和學習所有的東西一樣，要有付出，才會有收穫。

我很喜歡化學，我知道你一定也會喜歡的。因此，穿上鞋子，和我一起到化學世界去逛逛吧。我們就從最基本的觀念開始。

祝你們愛上化學

觀念化學 I　基本概念．原子

到化學世界逛逛
用《觀念化學》教化學觀念

第1章　化學是一門科學
1.0　看看分子與原子的世界
1.1　化學是對生活有益的中心科學
1.2　科學是瞭解宇宙的方法
1.3　科學家度量的物理量
1.4　質量和體積
1.5　能量使物體移動
1.6　溫度測量東西有多熱，而不是有多少熱量
1.7　物質的相和粒子的運動有關
1.8　密度是質量對體積的比
第1章　觀念考驗

第2章　化學元素
2.0　用化學語言來瞭解化學
2.1　物質有特定的物理和化學特性
2.2　原子是構成元素的基本材料
2.3　元素可以結合成化合物
2.4　大部分的物質是混合物
2.5　化學把物質分為純物質與不純物兩類
2.6　元素依特性，有秩序的排在週期表裡
第2章　觀念考驗

第3章　發現原子與次原子
3.0　我們來自何方，現在又知道了些什麼？
3.1　化學的發展源自人類對物質的興趣
3.2　拉瓦謝奠立了現代化學的基礎
3.3　道耳吞推論出，物質是原子構成的
3.4　電子是最先發現的次原子粒子
3.5　原子的質量集中在原子核上
3.6　原子核是由質子和中子構成的
第3章　觀念考驗

第4章　原子核
4.0　認識原子核
4.1　由陰極射線發現放射性
4.2　放射性是自然現象
4.3　放射性同位素是有用的示蹤劑與醫學造影劑
4.4　放射性是原子核內部力量不平衡造成的
4.5　放射性元素會蛻變成不同的元素
4.6　半衰期愈短，放射性愈強
4.7　同位素的年代測定法可度量物質的年代
4.8　核裂變是指原子核的分裂
4.9　核質量生成核能，核能造就核質量
4.10　原子核與原子核結合叫核聚變
第4章　觀念考驗

觀念考驗解答
附錄 A　科學記號
附錄 B　有效數字
元素週期表
圖片來源

用《觀念化學》教化學觀念

當老師的都希望我們的教導對學生有長期的正面影響。因此，我們注意的是學生該學習的且最重要的東西。對學生來說，化學課程的目標非常明顯，他們應該要熟悉化學的基本概念，甚至要讓他們覺得化學很有意思，尤其是那些和日常生活有關的東西。舉例來說，肥皂是怎麼作用的？冰為什麼會浮在水上等等。

學生應該能區別「同溫層臭氧的消耗殆盡」和「全球溫暖化」這兩個問題有什麼不同；也該知道怎樣才能確定飲水的供應是否安全，他們應該學會，物質在原子和分子的尺度上是怎麼回事。不僅如此，在學習化學課程後，學生應該瞭解科學探索的方法，也比較能把自己學會的知識教給下一代。簡單的說，學生應該有高於平均素質的科學水準。

這是很偉大的目標，而它是否能成功，和我們當老師的是否盡了最大的力有關。不過從我接觸過的學生那兒聽到的意見是，他們並不是覺得有必要學化學。他們感興趣的，倒不一定是化學知識，而是希望在學習過程中，發展自己的科學觀念。

誠如所有科學教育工作者所知，化學以及許多化學觀念是發展高階思考技巧的優良沃土。因此，我們應該把這一項科學的特質和所有學生分享，它可以調合到不同的程度，適應各不同科系的學生。學生進入大學並不是只想學習某些特定的學業科目，也想發展健全的人格特質。健全的人格發展，應該也包括增進分析能力與口語溝通技巧，同時強化自己面對各種不同挑戰的信心。因此，我們教化學時，不只能幫助學生學好化學，也能幫助學生瞭解自己並認清自己的潛力。

這就是為什麼我要寫這套《觀念化學》的原因。從目錄裡大家可以發現，這套書介紹了完整的化學知識。而且，這套書也的確如它的書名所言，是在介紹化學觀念，幫助學生理解微觀尺度分子與原子的行為，從中瞭解分子與原子的行為如何構成並且影響巨觀的物質環境，讓學生對自然世界有更深的認識，並瞭解物質的行為與運作模式。

《觀念化學》並不強調背誦或計算解題技巧，書中的化學觀念主要是以故事敘述的方式來介紹的，配上很多例子與圖解。每一章末尾的「觀念考驗」挑戰學生對內容瞭解的程度，及進行綜合判斷、做出清晰結論的能力。《觀念化學》不僅能協助學生學習化學，還能讓學生藉由學習化學，成為較好的思考者，完成對自我的發掘。

《觀念化學》的各冊結構

《觀念化學》的 I 至III冊，也就是前 12 章，介紹化學基本觀念。我們用生活實例貫穿全書，幫助學生瞭解並評斷相關的化學觀念。在第IV至V冊，也就是 13 至 19 章裡，學生有機會練習前面 12 章學到的東西，用以探討許多不同的化學議題。

《觀念化學》的特點

☆用清晰明瞭的介紹，加強學生的興趣。

☆書裡利用觀念檢驗站，提出問題並且立刻給予解答。在介紹新觀念之前，讓學生對之前介紹的概念有更清楚的認識。

☆生活實驗室活動的設計，提供學生在正式化學實驗室外，見識到化學實例進行的機會。活動用到的材料和設備，都是家庭常見的物品。我們在每一章裡，都設計兩、三項活動。這些活動也可以在課堂裡進行。

☆某些章節會有化學計算題的單元。學生在此有機會練習與數量有關的推理技巧，這些技巧是進行化學計算所必須的。在每個「化學計算題」裡，我們會先行示範，讓學生知道怎麼執行特殊的計算。接下來會有題目可讓學生自己試試看。課文裡用到的數學技巧，只是一些分數、小數和基本代數的基本運算。

☆每一章都附有關鍵名詞，在內文中關鍵名詞會以黑體字標示出來，在章末會把各關鍵名詞的概念再簡述一次。希望學生經由瞭解關鍵名詞，更瞭解化學意涵，及增進與人討論化學的能力。

☆每一章的延伸閱讀，都提供更進一步的參考資料，內容是與本章有關的重要書籍、期刊、論文或網站。學生可以從中找到與這一章內容相關的最重要資料。

在每一章的結尾都有「觀念挑戰」的單元，其中也有幾個特別設計的內容，分述如下：

☆關鍵名詞與定義配對：這是把這一章裡所有粗體字的關鍵名詞，做綜合整理。

☆分節進擊：我們設計一連串的問題，讓學生重溫本章內容，完全依照章節順序安排，幫學生做有系統的複習。

☆高手升級：這些題目的設計，是測試學生對本章內容瞭解的程度，強調的是關鍵性思考，而不是記憶。在很多時候，會把化學問題設定在日常生活場景裡。這些問題（含定義配對、分節進擊和高手升級）的答案，都附在每冊的書末。讀者做過題目後，可以自己對答案。

☆思前算後：有些特別的觀念，要經過數值計算才會清楚。它們是依據「化學計算題」裡的資料而來的。因此，有「化學計算題」的章節，才有「思前算後」。「思前算後」的解答也在每冊的書末。

☆焦點話題：我們在一些議題式的章節裡（《觀念化學IV、V》），提供一些題目，讓學生可以進行討論。這些問題並沒有所謂的正確答案。學生可以分成正、反兩邊來辯論。

《觀念化學》裡的所有單元，都是設計來加強或釐清化學觀念的，寶藏於此，就等你自己來挖掘了。