【编辑推荐】

彼得·阿特金斯是英国知名的化学家、化学教育家、科普作家，他编写的化学教材为多国采用，他的科普书《伽利略的手指》《周期王国》等已引介到国内，广受读者好评。本书回顾了化学的历史，包括起源、范畴、细分学科；通过介绍原子、分子等基本粒子，讲解了化学反应的原理和分类；以生动的例子，展现化学在衣食住行、工农业、高新科技方面的应用。本书破除了人们对化学难以理解的错误印象，引导读者从常见的现象和事件中发现化学的趣味，感受化学对尖端技术和人类文化生活的重要贡献。

【作者简介】

彼得·阿特金斯，牛津大学林肯学院研究员，英国著名化学家、化学教育家和科普作家。著有作品近70部，包括享誉世界的教材《物理化学》（已出版至第10版），以及《无机化学》《化学原理》《分子量子力学》等其他教材。此外，还撰写有多部科普图书，比如《伽利略的手指》《周期王国》《分子》《热力学定律入门》等。

【内容简介】

化学让人联想到试管、烧瓶、本生灯、奇怪的气味和冒泡的混合物。那么，化学是什么？它为什么重要？化学家都做些什么？彼得·阿特金斯在本书中探讨了化学的核心概念和方法。他展示了化学如何通过提供在供暖、发电及运输中使用的燃料，通过提供物质舒适、健康和通信，而构建起现代文明的基础设施。他不仅呈现了化学所取得的伟大成就，还介绍了当今化学领域令人兴奋的前沿研究。

【媒体推荐及名人评价】

阿特金斯优雅而清晰地描述了他所热爱的主题，赢得了读者的关注。如果我读大学时就有这本书，我一定会受益匪浅。而现在你可以读到它了。

——菲利普·鲍尔，英国著名科学与科普作家、《自然》杂志顾问编辑

【目录】

前 言

第一章 起源、范围和组成

第二章 原理：原子与分子

第三章 原理：能量与熵

第四章 反 应

第五章 技 术

第六章 成 就

第七章 未 来

元素周期表

词汇表

索 引

英文原文

【序言】

不知道从什么时候开始，自己经常会被问到是从何时开始接触化学，喜欢化学的。我特别希望我的答案是受到某一本书的启发，然后开启了化学之旅。很遗憾，这并没有在我的身上发生。但对于还处在科学启蒙阶段的学生来说，今天这本书应该很有机会提供这种缘分。而且对于任何一位想了解化学整体情况的读者，我都非常推荐这本言简意赅、深入浅出，又很好地兼顾了科普易懂与专业深度的通识书。

《化学》这本书的作者为彼得·阿特金斯，是牛津大学林肯学院研究员，英国著名化学家、化学教育家和科普作家。他已出版近70部作品，包括多部备受欢迎的化学专业教材和科普书。

生物的尽头是化学，化学的尽头是物理。本书从化学的起源、范围和组成讲起，再到原理、反应、技术、成就和未来，详细描述了化学的内涵和化学研究的清晰界限。本书通过形象的比喻，将抽象的化学概念还原为日常生活中的常见现象，让没有化学专业背景的读者也能够直观地感受到化学之美。举例来说，作者用一个碳墨打印的句号包含超百万个碳原子来展示碳原子的大小；又解释说电子云实际上是概率云，在云密集的地方容易找到电子，在云稀薄的地方不易找到电子；把电子层比喻成洋葱层；用爆炸和腐蚀来解释快反应和慢反应；用烹饪食物来帮助我们理解加热可以诱发反应；用做工程项目来形象比喻多步骤的有机分子合成；等等。本书还介绍了原子层面的四种基本反应，以及化学的分析仪器和分析技术手段，均用非常通俗的语言把讳深的原理和技术做了详细的阐述，让化学专业人士通读以后也可以大有收获。这些应该归功于作者撰写通识书本的深厚功底，引用作者的话就是：“提炼出必要的知识，以及化学家在做研究的时候一般会记住或至少存留在潜意识中的要点。”本书还展示了化学取得的巨大成就，从日常生活中的衣食住行，到高科技领域的材料科学、生物医药等等，化学无处不在，无时无刻不影响着我们的生活，改变着世界。当然化学的发展，也带来了诸如环境污染、化学武器等问题，本书作者对此也毫不避讳。解铃还须系铃人，相信化学带来的一些问题，最终还需要化学家来推动科学突破、技术创新和政策改变来解决。

正如作者所言：“没有化学的生命会让我们重回石器时代。几乎所有现代世界的基础设施与舒适生活都源于化学研究。”化学家，如同自然界中的魔法师，已经创造了一个又一个化学奇迹，这些成果已经深刻影响了我们生活和生存的方式。化学，这门充满魅力的学科，正等待着每一位热爱探索、勇于创新的读者去揭开它的神秘面纱。本书作为一本化学通识书，旨在激发公众对化学的兴趣与热爱，引导大家走进化学的世界，感受化学的妙趣与力量。衷心希望有更多青年学子通过阅读本书，开启化学之旅，共创美好未来！

中国科学院院士  游书力

【精彩书摘】

新世界

处于开发中的重要技术包括那些可直接研究少量原子和分子的技术，它们将取代通过观测大量样品来推知原子和分子行为的方法。化学家们想知道分子间相互作用与转变的亲密关系，而可以检测到单个分子的性质，或它们结合到一起发生反应——化学键松动、原子挣脱限制而重新排列——时的性质是化学（至少是物理化学）梦寐以求的圣杯。近些年来，我们可以观测水分子在飞秒（10-15秒，1/1 000 000 000 000 000秒）量级的时间尺度上的逐步变化，并且在将时间尺度缩小至阿秒（10-18秒，比之前快一千倍）方面取得了进展，在这一尺度上，即便是电子的运动也会定格，最终化学成了物理学。

当我们遇到微小的原子团时，有趣的问题和特殊的规则会发生作用。以水为例：最小的冰块有多大？研究表明，你至少需要275个水分子才能使分子团表现出类似冰的性质，大约475个水分子才会使分子团真正成为冰。这是一个立方体，每条边上有八个水分子。这类知识的重要性在于，它有助于我们模拟大气中云的形成过程，并理解液体如何凝固。

当研究低温下的一小组原子的时候，我们需要接受它们的行为由量子力学支配，并预料到它们会有不寻常的特性。所有物质，包括日常物质，都由量子力学支配，但是我们面对的是数量庞大的原子，因此即使是一小撮盐，其不寻常的特性也会被冲淡，我们只能感知到平均状态，即我们所熟知的普通物质的行为。这些人们开始制造出的具有新状态的物质可能对化学本身并不重要，但是也说不定：它们可能在存储数据、发展量子计算方面成为绝佳选择。

化学家们正为一个研究少量分子的新兴领域做出巨大贡献：纳米科学与纳米科技的世界。纳米系统（源于希腊文nanos, 小矮人）由直径大约为100纳米 （10-7米，1/10 000厘米）的实体组成，它处于单个分子（比它小1 000倍）与大块物质（比它大1 000倍）的中间区域。前沿领域总是令人着迷，这个介于大与小之间的概念前沿领域也不例外。纳米粒子（注意“纳米”这一前缀可以加到很多名词前面，未来将会更多）小到可以表现出量子效应，小到让人们对曾被当作完备理论的热力学感到困惑并重新审视它。

对物理化学家而言，这是一个成果丰硕的探索领域，他们可以构想、完善传统理论，从而用于这些未曾有过的非传统材料。在这一领域内，有机和无机化学家也有很多可贡献之处，尤其在制备纳米材料方面，因为研制出的有机和无机物质都可以用于纳米领域。制备过程可以“自上而下”，从宏观材料雕刻出纳米材料，就像雕塑师在大理石上雕刻；也可以“自下而上”，一砖一瓦地建造出纳米结构。后者尤其有趣，因为其建造通常以“自组装”形式进行。在这个不需要人工干预的过程中，分子被摇晃混合在一起，就会聚合成想要的纳米结构，就像我们曾经可能幻想过的，随便摇晃拼图碎片，它们就可以自动扣在一起而组成一幅图片，并不用麻烦地动手将它们拼在一起。

如今，纳米技术，即纳米材料的开发和应用，与纳米科学，即对它们的整体研究，在化学领域蔚然成风，这是理所当然的，因为纳米材料有远大的前景。所有研究机构都投入了这类研究。纳米材料的潜在应用领域横跨几个学科，并已成为众多实际应用的核心。例如，与传统硅太阳能电池相比，它们展现出更优的光捕获特性，已用于血糖传感器。由于担心有毒的镉元素可能不适于注射进人体内，所以人们已对用于血糖传感器的含镉材料进行了广泛研究；但最近在灵长类动物身上的实验结果减轻了这方面的忧虑。纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米晶须、纳米带及纳米管也都研制出来了，有望用于纳米机械与纳米计算机领域。

化学即将在计算微型化方面发挥重要作用。我们已见证了缩小计算机体积（以及降低能耗）产生的影响，从20世纪50年代可以填满整个房间的早期计算机演变为如今微型的、无处不在的、功能强大的计算机，还见证了它们给社会和日常生活带来的影响。这是由米到厘米尺度的转变，计算机的线性尺寸缩小了100倍，体积与重量减少了100万倍，从房间大小缩小到口袋大小，但计算能力却大幅提升了。若现今分子计算领域的发展取得成果，那么之前曾发生过的尺寸缩小、能力提升、社会影响力随之增大的情况就可以再现。

计算过程取决于两方面：存储与处理。存储在分子层面很容易实现，只要引起分子形状的改变，这种改变可被保留下来并且通过某种观测方式获取。例如，可以使某个分子弯曲成某种形状，对应数字1，也可以弯曲成另一种形状，对应数字0。如今，可以进行多种构象变化，例如一个环状分子滑向一个棒状分子的某一端并停留在那里。处理更加困难，但核心就是从特定的输入得到特定的输出。化学是以化学反应的形式从输入得到输出，包括两种试剂相遇而产生光。

自然在研发DNA的时候就已经解决了数据存储问题，也已经进化出提取这些信息并将其转化为有机体的方法。我们的记忆在大脑中以未知的方式进行化学编码，提供了一个巨大却又脆弱且存储不完善的数据库。DNA分子被用于进行简单的算数运算，如果它们遇到了一个破损的蛋白质分子，就会“决定”采取必要的治疗方式。培养计算机而非制造计算器仍是科学幻想，但是有迹象表明这一幻想即将成为现实。