前言

把化學當成「主角是原子的故事書」！

我在國中與高中教自然科學教了40年以上，但其實我高中時並不擅長自然科學。

以化學這科為例，化學的特徵在於需要計算，也需要記憶，兩種能力都需兼備才行。

比較化學與其他自然科學科目，物理的核心在計算，生物的核心在記憶各種專有名詞，化學的內容則介於兩者之間。只會計算還不夠，只會死背專有名詞的話也不夠。

這麼看來，與物理及生物相比，化學乍看之下並不困難，但其實是個相當麻煩的科目。

不過，我之所以不擅長化學，主要原因並不是這個。

包括以前的我在內，不擅長化學的人都缺乏一項能力，那就是視覺化。

基本上，不只是化學，視覺化在其他科目中也相當重要。對於化學這一科來說更是如此。若能將知識內容視覺化與具象化，便能掌握學習的關鍵。

這是因為，化學討論的內容幾乎都是眼睛看不到的事物。

日常生活中，肉眼看得到的世界為巨觀（macroscopic）世界。

另一方面，化學中登場的原子、分子、離子等構成物質的粒子，屬於肉眼看不到微觀（microscopic）世界。因此，我們常把化學當成與日常生活無關，離我們相當遙遠的知識。

當學生覺得化學的世界與自己無關時，就會覺得化學內容只是一堆索然無味的數字與符號，光是學習就覺得痛苦。

於是，本書便將高中化學整理成了視覺化的內容，並以原子為主角，重新建構出各個單元，說明各個化學主題。

書中還會提到化學家們研究原子的歷史，所以本書不只是化學入門書，也像是一本化學領域的課外讀物。

事實上，化學這門學問，正是化學家們研究原子的歷史。

化學家與原子之間的故事，源自古希臘哲學家們的問題「物質由什麼東西組成？」。本書正文中會再詳述這點。從古代到17世紀這2000年間，鍊金術曾繁榮一時。化學家們探究原子的過程逐漸科學化，也讓我們對微觀世界的瞭解一口氣加速許多。

不管你是學生時代不擅長化學的人、覺得化學很無聊的人，還是對化學連碰都不想碰的文組學生，希望您在閱讀完本書後，對化學這門科目能有180度的改觀。

前言

把化學當成「主角是原子的故事書」！

我在國中與高中教自然科學教了40年以上，但其實我高中時並不擅長自然科學。

以化學這科為例，化學的特徵在於需要計算，也需要記憶，兩種能力都需兼備才行。

比較化學與其他自然科學科目，物理的核心在計算，生物的核心在記憶各種專有名詞，化學的內容則介於兩者之間。只會計算還不夠，只會死背專有名詞的話也不夠。

這麼看來，與物理及生物相比，化學乍看之下並不困難，但其實是個相當麻煩的科目。

不過，我之所以不擅長化學，主要原因並不是這個。

包括以前的我在內，不擅長化學的人都缺...

前言 把化學當成「主角是原子的故事書」！ 2
課前準備① 為什麼那麼多人不擅長化學？ 12
課前準備② 化學學的是「原子」的故事！ 14
課前準備③ 「化學導航地圖」——週期表 16
課前準備④ 元素在週期表的「配置」有其意義！ 18
課前準備⑤ 本書的化學式、化學反應式中，只會出現10個元素符號 22

序章 原子是什麼？
物體與物質 歸根究柢，「物質」是什麼？ 26
原子的性質① 萬物皆由原子構成 28
原子的性質② 不管經過多少化學變化，原子都不會消失 31

第1章 原子的排列組合
第1章概觀 34
純物質與混合物 混合物經分離後可得到純物質 36
單質與化合物 元素名稱有時是指「單質」，有時是指「化合物」 38
物質的狀態（三態） 固態、液態、氣態分子的「連結方式」不同 40
狀態變化與熔點、沸點 水有「固態⟺液態⟺氣態」的變化，但物質本身不會改變 43
化學變化 由原物質變成新物質，叫做化學變化 45
質量守恆定律 「質量守恆定律」於物理變化與化學變化皆成立 47
化學反應 化學反應包括「放熱反應」與「吸熱反應」 49
化學式 先記這些就好！元素符號與化學式 51
係數 「5H_2 O」表示「H_2 O有5個」 59
化學反應式① 用「化學反應式」表示「碳的燃燒」 60
化學反應式② 用化學反應式表示「甲烷的燃燒」 62
化學反應式③ 用化學反應式表示「金屬的氧化、燃燒」 63

第2章 週期表的形成歷史
第2章概觀 66
化學的開始 火的使用是一切的開始 68
原子論 古希臘的原子論與四元素說 72
鍊金術 繁榮了2000年的鍊金術是化學的基礎 76
Gas（氣體） 「gas」一詞原本是指某種「像空氣的氣體」 81
化學革命 正確的燃燒理論確立後，掀起了「化學革命」 82
固定空氣 陸續發現二氧化碳、氮氣、氧氣、氫氣 83
原子量 拉瓦節的化學革命與道爾頓的原子論 90
週期表的誕生 「物質界的地圖」元素週期表的誕生 93

第3章 化學的「導航地圖」——週期表
第3章概觀 98
原子核的結構 我們可透過「原子核內的質子數」區別不同元素 100
電子組態 原子的電子組態會傾向往惰性氣體靠攏 102
離子性物質 陽離子與陰離子可形成「靜電」平衡的離子性物質 108
共價鍵 非金屬元素會以「共價鍵」結合成分子 116
金屬鍵 金屬元素之間會以金屬鍵結合 122
三大物質 世界上的物質大致上可以分成三種 123
氫鍵 十分常見卻有著特殊性質的水 126

第4章 無機物質的世界
第4章概觀 130
氫 H：最小的原子、分子，在地球上以水的形式存在 132
碳 C：建構出有機化合物的世界，也是構成生物的主要元素 133
氮 N：空氣中約有78%是氮氣 136
氧 O：氧氣能與多種元素化合，形成氧化物 138
氯 Cl：用於製作人類第一個毒氣兵器（化學兵器）的氯氣 140
硫 S：燃燒後會產生有毒的〔二氧化硫〕氣體 142
鈉 Na：可以用美工刀輕鬆切開的柔軟金屬 144
鎂 Mg：燃燒時會產生刺眼光芒，並生成氧化鎂的金屬 147
鈣 Ca：骨骼、牙齒、外殼等生物體主成分之一 149
鋁 Al：鋁是輕金屬的代表 152
鐵 Fe：現在仍是鐵文明的時代 154
銅 Cu：次於鐵、鋁，用量第三名的金屬 158
鋅 Zn：鋅可用於製作波浪板與乾電池的負極 160

第5章 密度與莫耳等物理量與計算
第5章概觀 162
密度 「輕、重」有時指的是「單位體積的質量」 164
原子質量單位 原子量的概念中，會將1個氫原子的質量視為原子質量單位u 167
莫耳 莫耳是連結微觀與巨觀的個數單位 170
質量百分濃度 質量百分濃度與ppm、ppb等溶液濃度表示方式 175
莫耳濃度 除了質量百分濃度之外，還有莫耳濃度這種溶液濃度表示方式 177
亞佛加厥定律 不論是哪種氣體，1 mol氣體的體積皆相同 181
波以耳、查理定律 由波以耳、查理定律可以知道，氣體的分子運動情況與絕對溫度！ 183
理想氣體與實際氣體 理想氣體與實際氣體的區別 191

第6章 酸鹼與氧化還原
第6章概觀 194
酸鹼 高中化學的範圍內，幾乎都遵照阿瑞尼斯的定義 196
氫離子H^+ 水中不存在氫離子H^+ 198
pH（氫離子指數） 固定溫度下，水的離子積為固定值 200
中和 酸與鹼中和後會得到鹽與水 204
酸鹼滴定 酸與鹼完全中和時會成立的關係式 205
氧化還原 考慮沒有氧的氧化還原 207
氧化數 由氧化數可以判斷該反應是氧化還是還原 209
電池 由鋅銅電池理解電池的運作機制 214
電解 水的電解需使用氫氧化鈉水溶液 219
熔鹽電解 離子化傾向大的金屬可由熔鹽電解製備 223

第7章 有機物的世界
第7章概觀 226
人造有機物 由無機物成功製造出有機物 228
活化能 為什麼很難用人工方式製造有機物？ 229
電負度 由「電負度」數值看出元素的性質 232
原子的鍵結 碳原子有四個鍵，可構成有機物的骨架 235
取代反應、加成反應 乙烯為鏈狀不飽和碳氫化合物中，結構最簡單的物質 238
苯的結構式 解開苯的結構式之謎的凱庫勒 242
官能基 由官能基可以看出分子大致上有哪些性質 244
縮合反應、脫水縮合反應 比較水與甲醇、乙醇的性質 246
酒精的氧化 酒醉或宿醉都是由乙醇造成 248
加成聚合 透過乙烯到聚乙烯的加成聚合反應，理解高分子化合物的形成 250
結語 255

前言 把化學當成「主角是原子的故事書」！ 2
課前準備① 為什麼那麼多人不擅長化學？ 12
課前準備② 化學學的是「原子」的故事！ 14
課前準備③ 「化學導航地圖」——週期表 16
課前準備④ 元素在週期表的「配置」有其意義！ 18
課前準備⑤ 本書的化學式、化學反應式中，只會出現10個元素符號 22

序章 原子是什麼？
物體與物質 歸根究柢，「物質」是什麼？ 26
原子的性質① 萬物皆由原子構成 28
原子的性質② 不管經過多少化學變化，原子都不會消失 31

第1章 原子的排列組合
第1章概觀 34
純物質與混合物 混合物經分離後可...