前言 人類的文明是化學推動的

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第1章 是什麼構成了物質？

費曼的提問

探索自然知識的先行者

萬物皆由水組成

微粒組成萬物

原子論與享樂主義

聽亞里斯多德的準沒錯

四性質說與煉金術

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第2章 所以說，原子是什麼東西？

真空存在嗎？�用水做托里切利實驗�十六匹馬也拿真空沒辦法

拉瓦節的元素表�道耳吞的原子論�分子概念的確立

分子的存在終獲證明�理應不會再分解的原子分解了？�原子內部一片空蕩蕩

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第3章 列張週期表，讓元素照位子坐好

元素的發現與週期表�門德列夫的預測成真�惰性氣體表示：我就懶！

同位素到底算不算同一種元素？�現在的週期表�物質分為三大類

金屬的特徵

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第4章 人類表示：已知用火

人類的第一把火？�引火的技術�有燃素，才能燒

氧的發現�無關燃素，重點是氧�家庭使用的燃料氣體

燃料的歷史與能源革命

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第5章 水能載舟，亦能覆舟

想要活下去，不能沒有它�羅馬浴場�高跟鞋、斗篷和香水

乖乖照規定，才叫有禮貌�乘著水散播的傳染病�傳染病促進上下水道的發展

自來水裡的特殊氣味�讓所有人震驚的可怕物質？

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第6章 有熟肉可以吃，就別吃生肉

咖哩飯的誕生�栽種稻米是人類的一大偉業�大航海時代與馬鈴薯

馬鈴薯促進歐洲人口增加�動物家畜化與定居生活�從山豬到家豬

人類對動物的好奇，自古有之�農耕革命與都市的建立�生存必須的營養素

有熟肉可以吃了！

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第7章 喝完這杯再說吧

酒與農業的起源�啤酒也能當薪資？�麵包的製作與啤酒

酵母與發酵�不純，人們可是不喝的�葡萄酒的歷史

學術研討會其實是拿來喝酒的？�煉金術士與蒸餾酒�酒與靈魂密不可分

「乎乾啦」與酒精中毒

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第8章 從捏泥巴到御用餐具

顛覆石器時代的印象�磚塊與印度河文明�窯的發明

中國的瓷器發展�邁森的誕生�少年威治伍德的陶瓷生產技術

製作混凝土的水泥�陶瓷產品與陶瓷材料

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第9章 被玻璃改變的生活風景

充斥著玻璃的現代�玻璃的起源�吹製玻璃的發明

將玻璃窗實用化的德國人�在煉金術中大顯身手的玻璃儀器�為什麼玻璃是透明的？

串連網路的光纖�未來的玻璃

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第10章 金屬孕育出的鐵器文明

現代金屬多采多姿�鑄鐵與鋼�鐵曾比黃金更貴重

青銅器好好用�閃亮亮的東大寺大佛�古代的製鐵技術

《魔法公主》裡的古早製鐵法�高爐法的發明與發展�鋼的量產與轉爐法的發明

鋼鐵大砲與德意志帝國的建立�新製法催生出近代鋼鐵工業�有鐵斯有國

拿破崙三世和鋁�七○七五鋁合金�稀有金屬問題

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第11章 黃金與白銀，有時還有香料

黃金是欲望之源�已開採的黃金有多少？�開採黃金的方法

哥倫布航海的原動力�尋找胡椒與香料�阿茲提克與印加黃金

加州淘金熱�白銀也曾比黃金更值錢�巨大的波托西銀礦

用美洲的銀礦撐歐洲的經濟

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第12章 染出美麗

美麗的染料與纖維�最早的合成染料�無機物居然能生成有機物！

做夢夢到苯�依分子設計圖進行合成�引領有機化學工業的德國

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第13章 從染料到醫藥

從染料轉向製藥�可治梅毒的砷凡納明�傳染病與磺胺製劑

盤尼西林的發現�抗藥性細菌登場�自古以來，植物就是藥

最活躍的煉金術士�帕拉塞爾蘇斯的萬靈丹

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第14章 毒品，興奮劑，還有菸

毒品之王罌粟�鴉片原本是藥劑�鴉片戰爭

滿洲國的資金來源�曾當成商品販賣的安非他命�在昏沉中被殺的西班牙俘虜

印加帝國與古柯葉、古柯鹼�生物鹼是什麼？�大麻與大麻葉

菸草與人的關係�香菸管制與清教徒革命�香菸的危害

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第15章 浮在石油上的文明

合成纖維問世�聚酯、尼龍、壓克力�吸水性最好的合成纖維

纖維的分類�人類與天然纖維�了不起的再生纖維

低分子與高分子�什麼是塑膠？�代替象牙的賽璐珞

和木材完全無關的電木�什麼是四大塑膠？�紙尿布裡的白色粉末？

直到海枯石爛──塑膠垃圾問題

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第16章 夢幻物質的黑暗面

當春天一片死寂�什麼是DDT？�對生態系統的不良影響

殺人最多的傳染病�用什麼取代DDT？�為物品保冷

氟氯碳化物的時代來臨�被破壞的臭氧層�真的有完美的化學物質嗎？

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第17章 咻的一聲要爆炸啦！

提早終結越戰的那張照片�連皮膚也燃燒殆盡的燒夷彈�拜占庭帝國的祕密武器

黑火藥的發明與利用�好想要威力更強的火藥啊！�炸出鉅額財富

從黑火藥到無煙火藥�肥料跟炸藥都用得到

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第18章 戰爭與科學家的社會責任

窮人的核武�造福世人，也毒害世人�從地圖上消失的島嶼

「末日鐘」的衝擊�從未失去人性的物理學家�核分裂連鎖反應

曼哈頓計畫�氫彈的開發

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結語 化學仍將繼續影響人類歷史

參考文獻

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前言



人類的文明是化學推動的



　　「從原始的火把到石蠟蠟燭，這段發展的路程是如此漫長，而這兩者的差別又是如此巨大。人們藉由在夜晚照亮住家的方法，刻下人類文明的尺度。」



　　這是英國化學家麥可．法拉第在名著《法拉第的蠟燭科學》序文中的一段話。人類就是這樣一邊與化學共同創造文明，一邊走過歷史。 火，是一種極度貼近你我身邊的化學現象。



　　在世界史（人類史）上，人類最早發現的化學現象，可能就是「火」。火是伴隨著「燃燒」這種化學反應而產生的現象。面對自然的野火或山林火災，原始人類應該也和其他動物一樣，始終抱持著恐懼而不敢靠近吧。



　　但我們的祖先終究克服了這項恐懼──他們接近火焰、把玩它，甚至開始利用它。這同時也是人類好奇心的體現，或許他們就在不斷靠近、接觸火焰的過程中，學到了如何運用火焰。



　　距今大約七百萬年前，開始出現能直立行走、名為「地猿」的初期猿人。地猿透過雙腿直立行走，並漸漸能以下肢支撐整個身體，可任意活動的前腳於是變成了雙手。人類靈活的前腳（也就是雙手）開始能用石頭、獸骨、木頭製作工具，也使得腦容量越來越大。當人類有辦法做出更複雜的道具後，不但發明了生火方法，還打造出火爐，最後發展出能隨時運用火焰的技術。



　　火不僅可以直接用於取暖、照明、狩獵、火耕，也能用來燒製土器和磚瓦、烹飪、將礦物精煉成金屬，還能用於金屬加工。雖然「已知用火」使得人類的生活變得豐富便利，但是從另一面來看，它也會破壞森林、大幅改變自然環境和景觀。



　　大約在五千年前，出現了所謂的「四大文明」。以孕育自印度河沿岸的印度河流域文明為例，其都市在當時就已具備了以規格相同的燒磚鋪設整齊的道路、下水道設施、大浴池、城塞和穀倉群。然而，為了燒製城市所需要的大量磚塊，濫伐河岸樹木、破壞森林的結果，土壤受到風雨侵蝕、養分逐漸流失，進一步使得該文明從大約西元前一八○○年開始走向衰微。衰微的原因可能出於當時的農穫減少，在缺乏糧食維持軍隊下，遭受了外來勢力的攻擊。



　　後來，人類發展出從礦物中煉出金屬的「冶煉」技術。尤其是鐵，可說是最重要的物質和材料，直到現代，仍可說是處於鐵器文明的延長線上。此外，要從鐵礦中提煉出鐵，不但需要比從銅礦煉出銅更高的溫度，相應的加工技術水準也更高。



　　隨著鈦等近代發現的新金屬問世，金屬材料的世界更加更多采多姿，但主角始終都是鋼鐵（以鐵為主成分的金屬材料統稱）。鋼鐵的產量大，質地又強韌，自古以來就用於製造武器、工具（鑿子、小刀、鋸子等）、農具（鏟子、鋤頭等），一路推動著歷史，直到今天。率先習得製鐵技術的國家或民族，藉此征服尚未擁有該技術的人民，這種例子在歷史上不可勝數。



　　在這裡，先向各位簡單說明一下「化學是什麼」。 我們的世界是由物質所組成的：水、空氣、土、石、木、金屬、紙、玻璃、藥品、塑膠、橡膠、纖維……周遭充滿了五花八門的物質，並運用在我們每一天的生活中。 而這些讓生活變得更輕鬆的各種物質，正是「化學」發展至今的成果。



　　化學是一門研究物質結構（組成物質的原子、分子、離子如何互相連結）、性質與化學反應（能產生新物質的變化，也就是化學變化）的學科，這三項主題是化學的三大支柱，且互有關聯：先針對物質的性質和結構進行研究，再根據研究結果創造出全新的物質。



　　所有物質都是由原子組成的，而原子的種類即為「元素」。原本就存在於大自然的原子種類約有九十種，透過這些原子互相連結，才構成了各式各樣的物質。



　　考古學上，劃分史前時代（尚未使用文字的時代）的方法之一，是依據當時主要使用的物質和材料，分為「石器時代」「青銅時代」「鐵器時代」，這是因為石頭或金屬等材料的運用，對世界史造成了巨大影響的緣故。



　　人類，尤其是約二十萬年前出現於非洲的智人，隨著時間過去，陸續發展出工具、火（能源）、衣服、住宅、建築、道路、橋梁、鐵路、船舶、汽車、農業、工業……並借助它們的力量繁衍至全世界。從另一方面來說，人類的文明根基，正是奠定於「化學」這門學科的進步，以及透過相關研究所帶來的各項物質與材料──即便原本並不存在於大自然，人類也有辦法藉由化學知識和技術製造出來。



　　本書將在第一章至第三章，為各位介紹自然科學和化學如何在藝術、思想、學問百花齊放的古希臘時代萌芽，並搭配眾多天才化學家的事蹟，講述化學的基本思維和原子論、元素、週期表如何孕育而成。 第四章以後，則涵蓋了火、食物、酒、陶瓷、玻璃、金屬、金銀、染料、藥物開發、毒品、炸藥、化學武器，乃至核子武器，從正反兩面觀點介紹這些化學成就如何影響我們的歷史。



結語



化學仍將持續影響人類歷史



　　我現在正坐在公寓大樓裡的其中一室，面對電腦，敲打著鍵盤。椅子是塑膠和鐵製的，桌子為木製。組成電腦的金屬、玻璃、塑膠、液晶，內部電子零件、電路板和電池，當然全部都是由各式各樣的物質所構成。



　　我環顧四周，可以看見構成建築本體的鋼筋混凝土、大面玻璃窗、空調設備、電視、冰箱、陶瓷器和玻璃杯等；衣櫃裡有著以天然纖維（棉花）和合成纖維製的衣服，身邊則放著書本和智慧型手機。包含了許多運用物理學知識和技術來運作的物品，而且全都是由化學物質與材料構成，其中大多數都是從古至今不斷發展的文明帶來的賞賜。



　　除了存在於大自然的木材、植物纖維製成的紙張、棉製的衣服，我們可以說，所有物品都需要化學知識和技術才得以存在。如同本書所介紹的，鐵、不鏽鋼、鋼、鋁等金屬，染上各式繽紛色彩的石化合成纖維、陶瓷器和塑膠等等，構成它們的物質與材料都對世界史帶來了深遠的影響。倘若沒有這些東西，真的很難想像我們的生活會是如何。



　　關於現在和不久的將來，我有一些話想對大家說。



　　今後，備受期待的化學知識和技術，將集中在如何解決暖化問題。地球持續暖化，必然對全球氣候造成莫大影響。



　　地球暖化，正是隨著人類活動、朝大氣釋放出大量溫室氣體造成的。



　　其中最主要的問題，在於二氧化碳。一七六○年代開始的工業革命，讓動力裝置從人力、獸力、水力轉變成化石燃料（煤炭、石油、天然氣）；此外，工廠、發電廠、汽車、飛機、一般生活，也會排放大量的二氧化碳。



　　這些都是人類經濟活動的過程中生成的。 大氣中的二氧化碳含量，從工業革命前的二八○ppm，增加到現在的四○○ppm。如果要減少人類活動所排放的溫室氣體，就必須減少使用煤炭、石油、天然氣等所謂的化石燃料。不只如此，今後還會更講求節能減碳，增加風力和太陽能等再生能源。



　　其中格外受到矚目的，就是氫能源。



　　氫能源既不會生成二氧化碳，也不會產生汙染大氣的氣體。但要運用氫能源，仍有不少需要跨越的障礙，像是有效的量產方法、低成本又安全的輸送和儲藏方式、高效率且低成本的利用技術、從生產到消費的基礎設施建設……等（別忘了，氫是一種高度易燃且會自燃的氣體）。



　　將「光觸媒」放入水中照射陽光後、將水分解成氫，這種產氫效率能否大幅提升？能否開發出壓縮大量氫氣的低成本技術？能否利用氫氣和空氣中的氧做出可產生電力的低成本且易於使用的燃料電池？……諸如此類的夢想不勝枚舉。許多化學家和化學技術人員，現在仍為了革新氫能源的運用，夜以繼日地埋首研究。



　　本書同時從正反兩面的角度，介紹了「化學」這門學問的進步，與化學成就如何影響了我們的歷史。其中應該也有一些涉及生物學、物理學或其他學科的部分。但希望各位讀者明白，許多學問本身就有重疊和互通的部分。



　　如果各位讀完這本書後，能理解世界史和化學的密切關聯，甚至體會到化學的魅力，那將是我最大的喜悅。