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左捲健男

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3小時

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具體描述

國立臺灣師範大學化學係教授吳學亮◎審訂

化學的八十大疑問
生活中輕鬆學習化學
搞定複雜的化學反應式！

　　國高中化學老師到你傢！
　　清晰圖解基礎化學
　　打開你的任督二脈
　　從頭打造化學資優生的優秀資質！

　　◎為什麼不同物質的燃點與沸點會不同？
　　——例子的鍵結力越強，熔點、沸點越高

　　◎石油與原油有什麼不同？
　　——石油是原油分餾的產物

　　◎負離子是什麼？
　　——隻是日本為瞭商業買賣所創造的稱呼，實質意義並不明確

　　◎塑膠的迴收方法有哪些？
　　——①材料迴收：迴復成加工前的塑膠材料；②化學迴收：以水解與熱分解方式迴復成原料；③燃油迴收：以熱分解等方式迴復成油；④熱迴收：焚燒病例用其熱能
　
　　◎優養化是什麼？
　　——水中營養鹽濃度增加，提升瞭水域中植物的生長

　　與偽科學一刀兩斷！一本書學會真正的「基礎化學」！
　　化學是自然科學的一部分，是研究「物質」的學問。
　　尤其物質的構造、物質的性質、物質的化學反應是化學三個最重要的部分。
　　本書從「什麼是物質」這個最基礎的化學開始，以Q＆A形式詳細解說元素、化學結閤、物質量「莫耳」、有機化閤物、高分子化閤物。
　　書中並配有易懂又可愛的插畫，就算是不擅長於化學的人，也一定能理解。

本書特色

　　特色１：從國中程度開始教學，並使用許多圖片輔助說明，幫助讀者輕鬆瞭解化學的基礎。

　　特色２：針對想要在日常生活中或工作上從化學基礎開始學起的人，大膽嚴選齣適閤的內容。

　　特色３：在化學式或化學反應式等容易感到挫摺的地方帶入練習題，幫助讀者理解。

　　打好基礎，融會貫通！
　　化學，一學就會！

《宇宙的奧秘：從原子到星係的宏大敘事》（此書內容完全不涉及《【新裝版】3小時讀通基礎化學》中的任何化學知識、理論或實驗講解） --- 捲首語：超越日常的感官，觸摸存在的邊界我們生活在一個由看似永恒的規律所主宰的宇宙中。然而，當我們仰望星空，或俯身觀察一滴水珠時，我們真正觸及的，是跨越瞭億萬光年和微觀尺度上那些基本構建塊的運作機製。本書並非旨在解析構成物質的分子鍵或化學反應，而是試圖勾勒齣一幅更為宏大、更具哲學深度的圖景——從最微小的時空漣漪到最龐大的星係結構，揭示支配這個廣袤存在的統一法則。《宇宙的奧秘：從原子到星係的宏大敘事》將帶領讀者進行一場跨越學科的史詩級旅程，探索物理學、宇宙學、天體生物學和數學邏輯如何共同編織齣我們所感知的現實。我們關注的是結構、演化、規律與尺度，而非物質的組成與轉化。 --- 第一部分：時空與基礎結構——萬物之下的骨架本部分著眼於構建我們現實的基本框架——時間和空間，以及支配它們運作的根本力量。我們將深入探討這些概念如何從哲學思辨演變為可量化的科學模型，這些模型完全獨立於化學反應的範疇。第一章：時空的幾何學與相對性我們從愛因斯坦的革命性洞察開始——時間與空間並非絕對的背景，而是相互交織、可以被物質和能量扭麯的動態實體。我們將詳細解析狹義相對論中的時間膨脹和長度收縮現象，這些效應是速度的函數，與物質的元素構成無關。隨後，我們將過渡到廣義相對論的幾何本質：引力如何被描述為時空麯率。我們將探索黎曼幾何的基本概念，理解行星繞日運行的軌跡實際上是遵循瞭彎麯時空中的“最短路徑”（測地綫）。本章將大量運用幾何模型和數學關係來描繪引力場，完全規避對元素周期錶或化閤價的討論。第二章：基本相互作用的統一場（非電磁力與核力側重）宇宙由四種基本力支配。本書將重點分析引力和強/弱核力在宇宙尺度上的作用機製，並探究理論物理學傢如何試圖將它們統一起來。我們會討論引力的量子化難題（引力子假說），以及弱核力在放射性衰變（作為粒子物理現象而非化學反應過程）中的角色。我們關注的是粒子（如誇剋、輕子）的性質和它們之間的交換作用子（如膠子、W/Z玻色子），而非原子核外部的電子層結構或化閤物的形成。第三章：量子領域的奇異性與不確定性量子力學是理解微觀世界的鑰匙，但我們關注的重點在於概率、疊加態和測量問題，而非量子化學中的分子軌道理論。我們將詳細闡述海森堡不確定性原理如何定義瞭我們能同時知道的物理量（如位置和動量）的極限。此外，我們將探討量子糾纏——“鬼魅般的超距作用”——這一現象揭示瞭空間分離的粒子間存在瞬時關聯，這是純粹的物理現象，與物質如何通過共享電子形成分子鍵毫無關係。 --- 第二部分：宇宙的演化——從奇點到結構的誕生本部分將帶領讀者穿越數十億年的時間尺度，觀察宇宙是如何從一個初始狀態演化成我們今天所見的宏偉結構。這些敘事依賴於宇宙學模型、引力計算和早期物理學的參數。第四章：大爆炸的餘暉與宇宙的膨脹我們重構宇宙的起源故事，聚焦於哈勃定律和宇宙背景輻射（CMB）。我們將分析紅移現象作為衡量星係退行速度的指標，並探討弗裏德曼方程如何描述宇宙在整體上是膨脹、收縮還是保持穩定。CMB的溫度波動被視為早期宇宙密度擾動的證據，這些擾動最終形成瞭星係團。本章完全基於動力學和幾何學，探討的不是早期宇宙中如何形成簡單的氫或氦原子，而是整個時空結構的冷卻和稀釋過程。第五章：暗物質與暗能量的身份之謎現代宇宙學麵臨兩大核心挑戰：暗物質和暗能量。我們將詳細考察觀測證據，如星係鏇轉麯綫和宇宙加速膨脹。對於暗物質，我們分析瞭其引力效應如何解釋星係團的穩定性，討論瞭諸如弱相互作用重粒子（WIMPs）等理論候選者，以及探測它們撞擊我們探測器的間接方法。對於暗能量，我們將其與宇宙學常數聯係起來，探討它如何作為一種內在的、均勻分布的負壓推動時空加速膨脹。這些內容是純粹的引力場和能量密度研究。第六章：恒星的生命周期與元素的鍛造（僅聚焦於核聚變過程與能量釋放）恒星是宇宙的煉金爐，但我們關注的是核物理而非化學反應。本章將詳細闡述恒星演化模型，包括主序星的氫燃燒如何平衡引力坍縮。我們將分析質子-質子鏈反應和CNO循環——這些是核聚變反應，它們將輕元素轉化為重元素，並釋放齣巨大的能量。我們關注的是核反應截麵、中微子産生和光子逃逸時間，這些都是天體物理學的核心議題。我們探討的不是産物元素的化學性質，而是它們在極端壓力和溫度下誕生的機製。 --- 第三部分：秩序與復雜性——結構的形成與數學基礎本部分跳齣物質本身的具體構成，轉嚮支配這些結構形成和行為的普遍規律，特彆是復雜係統理論和數學工具。第七章：引力坍縮與奇異點——黑洞的物理黑洞是廣義相對論預言的最極端結構。我們將深入研究史瓦西半徑的物理意義，以及事件視界的單嚮性。本章探討瞭黑洞的“三毛發定理”（質量、角動量和電荷是其唯一可測量的屬性），並討論瞭霍金輻射——一個需要結閤量子場論和廣義相對論的現象，它預示著黑洞的蒸發。我們關注黑洞對周圍時空的影響，而非其內部的物質狀態。第八章：星係的形成與宇宙網在更大的尺度上，物質並非均勻分布，而是形成瞭巨大的縴維狀結構——宇宙網。我們將探討引力不穩定性和密度漲落如何驅動氣體和暗物質團塊的聚集，最終形成星係、星係群和超星係團。本章主要依賴於N體模擬（N-body simulations）的結果，這些模擬追蹤瞭數百萬個質點在引力作用下的演化軌跡，形成瞭我們今天觀察到的宏觀結構。第九章：信息、熵與宇宙的終極命運本章探討瞭熱力學第二定律在宇宙學中的體現。熵——係統無序程度的度量——在任何孤立係統中隻會增加。我們將討論引力係統的熵（如貝肯斯坦-霍金熵）以及它如何與黑洞的存在相關聯。最後，我們將展望宇宙的幾種可能的終極命運（如大凍結、大撕裂），這些命運完全由暗能量的性質和宇宙的整體幾何結構決定，與化學平衡或分子穩定性無關。 --- 結語：尋求更深層次的連接《宇宙的奧秘》緻力於拓寬視野，從最基本的物理定律齣發，構建起一個關於空間、時間、物質和能量如何協同運作的整體框架。它邀請讀者思考，支配恒星生死的數學公式，與支配我們自身存在的引力場，在本質上是否遵循同一套優雅而簡潔的法則。本書旨在提供一個堅實的物理學和宇宙學基礎，讓讀者能夠理解我們所居住的現實，其深邃與宏大，遠超日常化學變化所能涵蓋的範圍。

著者信息

作者簡介

左捲健男

　　1949年齣生於栃木縣，韆葉大學教育學部畢業，東京學藝大學大學院教育學研究科(物理化學講座)結業。曾擔任同誌社女子大學教授，現為法政大學教職課程中心教授。

寺田光宏

　　齣生於靜岡縣，築波大學院教育研究科課程(理科教育)及兵庫教育大學大學院連閤學校教育學研究科課程結業，並取得博士學位(學校教育學)。1994年擔任國立教育研究所共同研究員等職位，現為岐阜聖德學園大學教育學部教授。

山田洋一

　　1956年齣生於東京都，韆葉大學理學部畢業，東京都立大學大學院碩士課程結業，並取得理學博士學位(韆葉大學大學院自然科學研究科)。曾擔任宇都宮大學助教及副教授，現為宇都宮大學教育學部教授。

譯者簡介

陳怡靜

　　中興大學化學係畢，曾任職於電路闆、麵闆產業及專利事務所，除瞭對科技新知有無比的好奇心，也對日本文化有濃厚的興趣，所以一頭栽進日語學習這條路而無法自拔，現為自由譯者，目前翻譯作品有《3小時讀通基礎機械設計》，世茂齣版。

圖書目錄

第 1 章　什麼是物質？ ..................................................... 9
1-01 化學是一門怎樣的學問？ ............................................ 10
1-02 什麼是物質的密度、熔點和沸點？ ............................. 12
1-03 物質是由什麼構成的？ ............................................... 14
1-04 純物質與混閤物的關係 ............................................... 16
1-05 單體與化閤物的關係 ................................................... 18
1-06 金屬元素的特徵是什麼？ ............................................ 19
1-07 元素符號是什麼？ ...................................................... 21
練習1 原子、分子的模型與化學式 ........................................ 23
1-08 什麼是離子？ .............................................................. 24
練習2 離子名稱與離子性物質的化學式 ................................. 27
1-09 相較於無機物，有機物特有的物質是什麼？ ............... 28
1-10 什麼是物質三態？ ...................................................... 30
1-11 什麼是波以耳定律、查理定律？ ................................. 32
1-12 物理變化與化學變化有何不同？ ................................. 34
1-13 什麼是質量守恆定律？ ............................................... 36
1-14 什麼是化學反應式？ ................................................... 38
練習3 寫齣化學反應式 .......................................................... 41
1-15 什麼是氧化？什麼是還原？ ........................................ 43
1-16 什麼是酸性？什麼是鹼性？ ........................................ 45
1-17 什麼是中和反應？ ...................................................... 47
專欄為什麼不同的物質會有不同的熔點與沸點？ ............... 49
專欄石油與原油有何不同？ ............................................... 50
專欄何謂燃燒？ ................................................................. 51
專欄為什麼要將石灰倒入日本吾妻川？ ............................. 52
練習1　解答 ............................................................................ 53
練習2　解答 ............................................................................ 54
練習3　解答 ............................................................................ 55

第 2 章　什麼是元素？ ................................................... 57
2-01 如何構成週期錶？ ...................................................... 58
2-02 週期錶裡藏瞭什麼訊息？ ............................................ 61
2-03 原子的內部結構如何？ ............................................... 66
2-04 什麼是電子組態？ ...................................................... 68
2-05 什麼是電負度？ .......................................................... 72
2-06 什麼是鹼性氧化物？ ................................................... 74
2-07 稀有氣體是哪些元素？ ............................................... 76
2-08 什麼是鹼金屬與鹼土金屬？ ........................................ 78
2-09 什麼是鹵素？ .............................................................. 80
2-10 什麼是鋁？什麼是鋅？ ............................................... 82
2-11 什麼是氧？什麼是硫？ ............................................... 84
2-12 什麼是氮？什麼是磷？ ............................................... 86
2-13 什麼是碳？什麼是矽？ ............................................... 89
2-14 什麼是鐵？什麼是銅？ ............................................... 92
2-15 什麼是銀？什麼是金？什麼是鉑？ ............................. 94
專欄水銀的光和影？ .......................................................... 97

第 3 章　什麼是化學鍵結？ ........................................ 99
3-01 水是奇怪的物質？ .................................................... 100
3-02 為什麼水是H2O但氫是H2？ ...................................... 102
3-03 結構式怎麼寫？ ........................................................ 106
練習1　寫齣結構式和分子式 ................................................. 108
3-04 實際的水分子是什麼形狀？ ...................................... 110
3-05 什麼是分子極性？ .................................................... 112
3-06 水分子的特殊性質是什麼？ ...................................... 114
3-07 離子結晶的鍵結力是什麼？ ...................................... 116
3-08 什麼是實驗式？ ........................................................ 118
練習2　寫齣實驗式 ............................................................... 120
3-09 金屬原子的鍵結力是什麼？ ...................................... 121
練習1　解答 .......................................................................... 124
練習2　解答 .......................................................................... 126
專欄負離子是什麼？ ........................................................ 128

第 4 章　什麼是「莫耳」？ ...................................... 129
4-01 莫耳(mol)是什麼？ ................................................... 130
4-02 1莫耳是多少的量？ .................................................. 132
4-03 指數是什麼？ ............................................................ 134
4-04 原子量是什麼？ ........................................................ 136
4-05 什麼是質量數、原子序？ .......................................... 138
4-06 如何決定原子量的標準？ .......................................... 140
4-07 物量(mol)和質量(g)是什麼關係？ ............................. 142
練習1 原子量與質量的換算 ................................................. 144
4-08 質量數的比和化學反應式有關係嗎？ ........................ 146
練習2 理解化學反應式、粒子數和莫耳的關係 .................... 148
4-09 亞佛加厥常數是怎麼決定的？ .................................. 150
4-10 為什麼相同體積所含的粒子數會相同？ .................... 152
4-11 什麼是莫耳的三種轉換？ .......................................... 154
練習3 理解莫耳(mol)、質量、體積和個數之間的關係 ........ 156
4-12 為什麼化學反應式的數量關係這麼難？ .................... 160
練習4 理解化學反應式的數量關係 ...................................... 162
練習1 解答 .......................................................................... 164
練習2 解答 .......................................................................... 165
練習3　解答 ...........................................................................165
練習4　答案 ...........................................................................169

第 5 章　什麼是有機化閤物？ ..................................171
5-01 什麼是有機化閤物？ ..................................................172
5-02 碳(C)與矽(Si)的差異是什麼？ ....................................174
5-03 什麼是烷類、烯類、炔類？ .......................................176
5-04 芳香族有香味嗎？ .....................................................178
5-05 從分子式看不齣「異構物」是什麼嗎？ .....................180
5-06 為什麼苯是平麵的？ ..................................................182
5-07 酒精和糖有什麼關係？ ..............................................184
5-08 酒精變幻無常？ .........................................................186
5-09 代錶性的有機酸是什麼？ ...........................................188
5-10 閤成清潔劑的成分是什麼？ .......................................190
5-11 脂肪、蛋白質的基本物質是什麼？ ............................192
5-12 聚氯乙烯和鐵氟龍等常見物質 ...................................194
5-13 不小心碰到手就會變黃色？ .......................................196
5-14 什麼是耦閤反應？ .....................................................199
5-15 胺基酸是什麼？ .........................................................201
專欄人體與毒氣有共通點嗎？ ...........................................203

第 6 章　什麼是高分子化閤物？ ............................205
6-01 聚閤物的「聚」是什麼意思？ ...................................206
6-02 寡糖是什麼樣的糖？ ..................................................208
6-03 如何製造高分子？ ① .................................................210
6-04 如何製造高分子？ ② .................................................212
6-05 羊為什麼能吃紙？ ① .................................................214
6-06 糖為什麼是甜的？ ② .................................................217
6-07 如何製造蛋白質？ .....................................................219
6-08 蛋白質如何作用？ .....................................................221
6-09 橡膠為什麼會伸長？ ..................................................224
6-10 塑膠袋為什麼可怕？ ..................................................226
6-11 尼龍是絲的仿冒品？ ..................................................228
6-12 為什麼寶特瓶可做成刷毛布料？ ................................230
6-13 有耐熱的塑膠嗎？ .....................................................232
6-14 水族館的巨大水槽是用什麼做的？ ............................234
專欄備受矚目的生物可分解塑膠是什麼? ..........................236
專欄塑膠的迴收方法是什麼？ ...........................................238
索引 ............................................................................................241

圖書序言

ISBN：9789865408619
叢書係列：科學視界
規格：平裝 / 256頁 / 14.8 x 21 x 1.33 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 二版
齣版地：颱灣

本書分類：自然科普> 物理/化學> 概論

圖書試讀

序

　　我們在生活中會利用各式各樣的物質，例如金屬、陶瓷、尼龍製成的閤成纖維、聚乙烯製成的塑膠等。這些物質讓我們的生活更加多彩、便利。

　　拜現今卓越的化學研究成果所賜，高性能電池、強化纖維、精密陶瓷（由純化的原料製造的高性能陶瓷）等新開發的物質和產品，接二連三地問市。

　　我們能擁有製造這些物質的高超技術，是因為化學知識的日新月異，研究瞭物質的結構、性質與反應。然而，一般人對國中理化、高中化學的印象，大多是「沒有好感」，究其原因，得到的答案通常都是「有好多計算，還要背好多東西」。造成如此結果的其中一個重要原因是：國中與高中時期所學的化學知識，並沒有實用的知識，也就是說，「學校的教學無法讓學生掌握物質世界的大緻樣貌」。因此，本書為瞭盡量讓讀者輕鬆瞭解化學的基本知識與應用，輔以豐富的圖像解說。

　　本書的目標讀者群為一般民眾，包括需要在短時間內建立化學基礎，以吸收化學新知的製造業人員。當然，我也希望「不懂化學，或覺得化學很無聊」的高中生和大學生，能閱讀本書。本書具有三個與眾不同的特色：

　　特色1 從國中程度開始講解，並使用許多圖片輔助說明，幫助讀者輕鬆掌握化學的基礎。
　　特色2 針對想要在日常生活中，或工作上，從基礎開始學的人，大膽選齣適閤的內容。
　　特色3 以練習題的方式帶領讀者學習較難掌握的化學式與化學反應式。

　　本書的三位作者都有撰寫國中、高中教科書的經驗，不僅在大學教授基礎化學，指導未來想成為理科教師的學生，也負責瞭國高中生的實驗教學。其中，我與寺田教授都有在高中教化學的經驗。為瞭使本書具備前述的三個特色，確實達到淺顯易懂的效果，以讓讀者有趣地學習知識，我們三位作者嘔心瀝血地完成瞭本著作。如果成功達成以上目標，代錶我們彼此交換意見時引發的熱烈爭論，應該是奏效瞭。最後，在此由衷感謝插畫傢井上行廣先生畫齣可愛又容易理解的插圖，以及科學書籍編輯部的石井顯一先生針對原稿的建議與編輯。