帶你看見分子世界
第一版序言
常有人說喜悅是難以言喻的,這也許是真的,但想到不了解的事物時,心中也必然會有種悵然若失的遺憾。不錯,雖然僅僅看到世界種種表象,就足以讓你目不暇接私心竊喜,不過如果你的「心眼」能夠穿透事物表層,進一步看到其中因果關聯,你的欣喜必然會大幅躍進為心花怒放。
我寫本書的初衷就是試圖增加讀者觀察世界的樂趣,書中介紹化學這門學問的一個重要層面:物質的結構。希望能說明日常生活中,一些事物的組成成分及結構。換言之,這本書是在分門別類,逐一介紹各種分子,重點在於:指出每種分子的獨特外形及各種分子相互間的關聯、說明某些分子為何具有獨特的性格與行為、披露分子在自然界的供需狀況。簡單的說,本書要幫助讀者認識分子。
書中對分子的遴選(共介紹兩百多個分子)是以我的主觀興趣為主,不過我所熟識且可以談論的分子,少說也超過一千個。然而篇幅有限,不得不有所取捨,並且在敘述上也僅能點到為止。為此我必須鄭重聲明,如果你發現你認為極重要的分子,竟然在本書榜上無名而感到不解時,務必多多包涵。要知道,目前已知的化合物,總數已經高達數百萬種,而坊間的藥片、藥水、清潔劑的製造廠商,還有大自然本身,似乎都擁有超大的化學物管風琴,可以隨意演奏出各式各樣的混合物交響樂章。因此這本書絕對不可能達到讓每位讀者滿意的完美境界。這麼說吧:它只是要為讀者打開通向世界的窗,而不是一下子要讀者看到整個世界。
這本書的內容並無特定次序,所以你愛怎麼讀都無妨,時不時拿來消遣一下最好。話雖然這麼說,但我撰寫時,心中的確還是有特定的構思流程,因此它也並非完全沒有脈絡可尋。你如果按照書裡的次序從頭讀到尾的話,是有利無弊的。
在寫作過程裡,我試著盡量避開專有名詞,但有一些還是無可避免地(至少不是蓄意地)鑽進了字裡行間。為此我在書末列出「名詞注釋」,把這些不速之客列入,並逐一加上解釋。雖然我盡可能地解釋,但讀者不必期望太多,原因之一是有些解釋至今尚無定論,另一些則是需要具有一定程度的專業背景,才能搞得明白。此外還有一個重點是:我不想因為加入過多解釋,減損內容的一貫性和趣味性:這本書只希望帶領讀者達到初步入門的了解而已。
我特別想要證明自己的一個想法,那就是讀者無須是化學系畢業(甚至無需修過大一普化),就可以透過本書對分子的各種性質,達到相當程度的認識。此書記載的大部分素材跟資訊都是從我素來推崇的相關書籍(大約十來本)中精挑出來的。我希望那些書籍的作者,若是發現本書引用他們的一些想法,能把這些引述當作推崇與讚譽。我提出的許多論點,在這些書籍中都有較為詳盡的探討,讀者在引用本書提供的資訊前,不妨先查閱一下這些書籍,因為我為了讓問題簡化,讓知識菜餚更容易下嚥,下筆有時總不免走些捷徑。
再版新序
天哪!自從1987年前第一版發行以來,出版技術的變化也太大了點!最明顯的是分子圖的呈現。記得當年在準備第一版分子圖時,我必須親手製作分子模型、替它們拍照、沖洗底片,然後在相片上用筆仔細勾勒出線條並塗上色彩。現在上述步驟都可以交給電腦軟體代勞,跟往日相比,製圖過程更快速,成品更具真實感。我使用的軟體叫做WebLab Pro,本書中的所有分子圖都是藉由它建構的。這本書在網際網路上設有一個專用的網站(http://www.cambridge.org/uk/ chemistry/atkins/ default.htm),上面也可以看到這些圖片,而且網站上的分子還會聽從你的使喚,做些旋轉之類的動作。
我把舊版中一些比較無趣的分子剔除,並增加了一些新的分子:這一版囊括了大約50種新的分子。甚至絕大部分有關分子的描述,都整個翻修過。原因不一而足:有的是因為出現了新知,有的是我這回想說些別的,或是過去這十多年裡出現了新的枝節。
我希望維持不變的是:看到各種關聯與解釋的喜悅、看到自然謎底後的歡欣、了解為何微小的變化會造成嚴重的後果。其實這就是化學這門科學骨子裡的樂趣所在:為我們開啟觀察事物內在性質的第三隻眼!
導讀
當你閱讀本書時,你手裡捧著的是分子;端起杯子喝咖啡時,你可是把分子吞下肚;你自以為悠閒「靜」坐屋裡,其實你全身上下,不時遭到在四處快速流竄的分子所轟擊;當你欣賞蘭花的炫麗色彩、山川景致的如詩如畫時,使你心曠神怡的也是分子;在你吃香喝辣、滿足口腹之慾的當兒,你享用的是分子;當你聞到腐敗的氣味,觸動嗅覺的也還是分子。你以分子為衣、以分子為食,甚至排泄物也是分子。事實上,你本身就是由分子組合而成的個體。
什麼是分子?分子就像是貫穿本書的許多圖片顯示的那樣,是由一群具有獨特性質的原子所構成的。在進入二十世紀之前,大家認為分子僅是化學家用來描述化學反應的抽象符號而已。不過,經過物理學家和化學家之間一段極不尋常的合作,證明了分子的真實面目。首先,他們採用一些間接的方法,推估出這些微小的物質粒子的確存在。後來他們使用更靈巧且更複雜的技術,獲得了長久來夢寐以求,並讓人嘆為觀止的個別分子和原子的影像。
在以下篇幅中,我想簡略談談科學家究竟發現了些什麼。內容包括一些存在於我們周遭,跟我們的呼吸、穿著、燃燒、觀察等種種生活細節有關的分子。書中畫出分子圖的主要目的,是要讓你在最低的專業背景下,認識這些分子的多樣性質。其中蒐羅、描述的分子,範圍極廣、從最簡單的到複雜的都有。
從表面上看,有些分子只能做無聊的事,譬如甲烷(15,這數字是分子在書中的序號)只能當燃料而已。其他的分子會入選,原因不一而足,有的是重要的分子構築元件、有的剛好構成某種典型味道或氣味、或是某種顏色的顯現因素。有些分子則是影響力非常大,因重要性而收錄,包括某些世界上最普遍的化合物,譬如纖維素(93),它可以生長成為巨林,也可以讓地表柔軟,又如DNA(203),它在生物世代交替過程中,負責傳遞遺傳密碼。
此外,我們還將看到只要替換分子中的一、兩個原子,就會使燃料頓時轉變成毒品、使物質改變顏色、不能吃的變成美食、刺鼻的惡臭替換為芬芳的氣息。這種更換一、兩個原子,就造成分子性質重大改變,正是化學世界所要追求的奇蹟。
本書的分子圖能告訴你許多分子的結構和形狀,單單分子圖就能讓人獲益匪淺。不過若是能進一步知曉隱藏其後的細節,以及了解分子如何運作及其功能,分子圖的內涵就會變得更為豐盛。
本文之後的文字是用來解釋分子圖的背景資料,建議你如何思考看待分子並約略介紹一些試圖把原子、分子和物質性質連貫起來的理念。化學把司空見慣的現象跟基本理念橋接了起來,這兒我將非常簡單地向你介紹這座橋。若是運氣不錯的話,你將會約略了解化學家的想法。(摘自〈在導覽之前〉)