本書是面向青少年,特別是面向小學(xué)高年級(jí)和初中學(xué)生的科普讀物。圖書從物質(zhì)的誕生、化學(xué)的開端、物質(zhì)的存在形式、衡量物質(zhì)狀態(tài)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、物質(zhì)狀態(tài)的變化、化學(xué)反應(yīng)、分子和原子等方面介紹了物質(zhì)這一化學(xué)領(lǐng)域的基本概念,也解答了為什么說(shuō)原子是物質(zhì)的基本單位為什么同一種物質(zhì)會(huì)以各種形式存在等化學(xué)領(lǐng)域的基本問(wèn)題。作者在帶領(lǐng)讀者認(rèn)識(shí)物質(zhì)的同時(shí),也讓讀者們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)在我們?nèi)粘I钪械膽?yīng)用,從而激發(fā)讀者們的好奇心和想象力。
物質(zhì)是什么?小到粒子,大到宇宙。世間萬(wàn)物都是物質(zhì)。有些物質(zhì)在人類誕生時(shí)就已經(jīng)存在。有些物質(zhì)是人類利用科技創(chuàng)造出來(lái)的。人類對(duì)物質(zhì)的探索從未停止。讓我們跟隨科學(xué)家的腳步,了解物質(zhì)的構(gòu)成、分類、形態(tài)及變化,從新的角度去認(rèn)識(shí)世界吧!
物質(zhì)的奧秘
物質(zhì)是什么?翻開詞典,我們能得到很多不同的定義,這些定義有的很籠統(tǒng),有的比較具體。有的將物質(zhì)抽象地解釋為物體的本質(zhì);有的則從科學(xué)的角度出發(fā),將其解釋為自然界中,具有一定質(zhì)量和體積的構(gòu)成要素;有的則從哲學(xué)的角度出發(fā),認(rèn)為物質(zhì)是決定意識(shí)的客觀存在,它具有時(shí)間和空間兩種存在形式,具有運(yùn)動(dòng)的屬性。
可以說(shuō),物質(zhì)是世間萬(wàn)物的總稱。它既包括我們得以立身的土地,也包括天空中的云朵和星星。有些物質(zhì)在人類誕生時(shí)就已經(jīng)存在,比如木頭、石頭、鐵、空氣等。還有不計(jì)其數(shù)的新物質(zhì),是人類利用科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造出來(lái)的,比如洗發(fā)水和塑料等。
我們?yōu)槭裁匆剿魑镔|(zhì)的奧秘呢?因?yàn)槲覀兩磉叺囊磺卸加晌镔|(zhì)構(gòu)成,只有了解物質(zhì),我們才能在生活中趨利避害。另外,了解物質(zhì)還可以滿足我們的好奇心。物質(zhì)是什么時(shí)候產(chǎn)生的?在哪里產(chǎn)生的?人類又是如何利用它們的?舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,水是我們身體的重要組成部分,也是我們熟悉的物質(zhì)。可是,我們對(duì)水也會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的疑問(wèn)。比如,為什么在低溫條件下,水會(huì)變成堅(jiān)硬的冰呢?滿滿的一杯水,為什么會(huì)不知不覺(jué)地消失呢?
古往今來(lái),很多哲學(xué)家和科學(xué)家都致力于探索這些物質(zhì)和與之相關(guān)的現(xiàn)象,他們也提出了很多假說(shuō)。例如,為了解釋物質(zhì)的構(gòu)成,古希臘哲學(xué)家恩培多克勒(Empedocles)綜合了前人的看法,提出了四元素說(shuō),柏拉圖( Plato)和亞里士多德( Aristoteles)也非常支持這一學(xué)說(shuō)。四元素說(shuō)認(rèn)為,世界由水、火、土、氣這四種元素構(gòu)成。在科技高速發(fā)展的今天,這一學(xué)說(shuō)或許顯得漏洞百出。但在當(dāng)時(shí)沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)裝置,僅僅依靠觀察和邏輯推理的情況下,能提出這一學(xué)說(shuō),也是非常不容易的。此后,科學(xué)家們前赴后繼,英國(guó)化學(xué)家道爾頓( Dalton)提出了具有劃時(shí)代意義的原子論;還有一些無(wú)名可查的煉金術(shù)士,他們雖然屢屢失敗甚至遭人非議,但是也為科學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。正是由于他們的執(zhí)著和努力,我們現(xiàn)在才能了解到關(guān)于物質(zhì)的更多內(nèi)容。
提到原子,我們不禁要問(wèn):那小小的原子源自哪里呢?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,我們認(rèn)為宇宙大爆炸假說(shuō)有說(shuō)服力。該假說(shuō)認(rèn)為,在宇宙中曾發(fā)生過(guò)大爆炸。爆炸產(chǎn)生了能量,能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量,從而產(chǎn)生了微小的原子。
關(guān)于物質(zhì)起源的探索,除了宇宙大爆炸假說(shuō),還有我們提到過(guò)的四元素說(shuō)。雖然現(xiàn)在看來(lái),四元素說(shuō)是不科學(xué)的,但這一學(xué)說(shuō)曾經(jīng)統(tǒng)治了西方世界約2 000年之久。那么,當(dāng)四元素說(shuō)被推翻時(shí),支持這一學(xué)說(shuō)的人們會(huì)是什么心情呢? 他們也許完全不能相信,也不愿意相信這一事實(shí)。就像現(xiàn)在,我們認(rèn)為宇宙大爆炸假說(shuō)很具說(shuō)服力,但或許未來(lái)某一天,這一假說(shuō)也會(huì)像四元素說(shuō)一樣被推翻。到那時(shí),人們會(huì)不會(huì)也只是把宇宙大爆炸假說(shuō)當(dāng)作一個(gè)浪漫的幻想呢?我們沒(méi)辦法預(yù)測(cè)未來(lái),但可以肯定的是 :只有一代代人不斷地懷疑真相,前赴后繼地努力探索,科學(xué)才會(huì)持續(xù)發(fā)展下去。
現(xiàn)在就讓我們一起來(lái)探索物質(zhì)的奧秘吧!首先,我們將從微觀的角度出發(fā),解開有關(guān)物質(zhì)的一些謎團(tuán)。比如,物質(zhì)是如何產(chǎn)生的?構(gòu)成物質(zhì)的基本單位是什么?然后,我們將進(jìn)一步了解物質(zhì)的各種形態(tài)變化,探究新物質(zhì)產(chǎn)生的過(guò)程。接著,我們會(huì)從宏觀的角度出發(fā),了解物質(zhì)秩序的變化。當(dāng)我們分別從微觀和宏觀的角度加深了對(duì)物質(zhì)的了解以后,我們或許會(huì)對(duì)身邊很多常見(jiàn)的物質(zhì)產(chǎn)生全新的認(rèn)識(shí)。
張洪齊,韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)化學(xué)博士,曾任美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研究員,F(xiàn)為韓國(guó)光云大學(xué)化學(xué)系助理教授,教授無(wú)機(jī)化學(xué)和納米化學(xué)。
1 物質(zhì)的誕生
●?宇宙大爆炸 的產(chǎn)物
? 物質(zhì)和能量? 003
●? 物質(zhì)的構(gòu)成? 008
●? 物質(zhì)的分類? 012
●? 元素的形成? 017
2 走進(jìn)化學(xué)的世界
●? 元素與原子? 025
●?元素說(shuō)與原子說(shuō)? 028
●? 原子論的進(jìn)一步發(fā)展? 034
●? 原子的質(zhì)量? 035
●? 兩種特殊的物質(zhì)? 041
●? 東方文明的五行學(xué)說(shuō)? 044
●? 東西方文明的化學(xué)交流? 048
3 物質(zhì)的形態(tài)
●? 變化莫測(cè)的物質(zhì)? 053
●? 物態(tài)的變化? 055
●? 溫度物態(tài)變化的大功臣? 058
●? 神秘的壓力? 062
●? 凝膠、溶膠、等離子體? 065
4 和物質(zhì)有關(guān)的計(jì)量單位
●? 溫度的計(jì)量單位? 073
●? 壓強(qiáng)的計(jì)量單位? 077
●? 濃度的計(jì)量單位? 080
5 沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)
●? 蒸發(fā)與沸騰? 089
●? 凝固點(diǎn)與熔點(diǎn)? 095
●? 沸點(diǎn)與凝固點(diǎn)? 098
6 化學(xué)反應(yīng)的魅力
●? 阿伏伽德羅常量? 105
●? 化學(xué)方程式? 107
●? 可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)? 113
7 化學(xué)反應(yīng)的作用
●? 分子的種類=原子的組合?? 119
●? 化學(xué)反應(yīng)與原子排列? 124
●? 化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)速率? 126
8 熱愛(ài)無(wú)秩序的物質(zhì)
●? 放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)? 133
●? 熱傳遞與反應(yīng)速度? 135
●? 自由度與無(wú)序度? 136