目 錄
前言
1.原子、分子和化合物
2 術語
4 物質由粒子構成
6 原子的結構
8 原子內部
10 原子從哪裡來？
12 電子的雙重特性
14 原子中電子的位置
16 周期模式
18 原子結合
21 人物傳略：約翰·道爾頓
22 路易斯化學鍵模型
24 共價鍵理論和分子軌道理論
26 異性相吸
29.物質狀態
30 術語
32 物質結合力
34 氣態
36 液態
38 固態
41 人物傳略：羅伯特·波義耳
42 陶瓷
44 溶液
47.化學反應和能量
48 術語
50 化學方程式
52 燃燒反應和能量
來源
54 酸堿中和
56 沉澱反應產生固體
58 用化學發電
60 反應率和化學動力學
63 人物傳略：漢弗裡·戴維
64 能量和熱力學定律
66 熵和熱力學第二定律
68 熵和熱力學第三定律
70 熵和自發過程
73.無機化學
74 術語
76 性原理
78 顏色
80 集群化學
82 過渡金屬催化劑
85 人物傳略：馬裡奧·莫利納
86 碳：不僅僅用於鉛筆
88 納米技術
91.有機化學
92 術語
94 有機化學和活力論
96 碳氫化合物
98 醇類
100 醛、酮和酯
102 羧酸和胺
105 人物傳略：弗裡德裡希·沃勒
106 化學復制自然界
108 聚合物
111.生物化學
112 術語
114 碳水化合物
116 脂類
118 氨基酸和蛋白質
121 人物傳略：安娜·簡·哈裡森
122 生物藍圖：核酸
124 生物藥品合成
127.核化學
128 術語
130 放射性
132 原子分裂
134 核質量損失
136 輻射對生命的影響
139 人物傳略：奧托·哈恩
140 放射醫學

前言
尼瓦爾多·特洛

化學的核心概念是整體可通過其組成部分來解釋。物質的特性可由組成物質的微小組成部分來解釋。了解了這些，就了解了整個物質的整體。哲學家稱這種觀點為簡化論。簡化論在思想史上並非總是受到歡迎，而且其普世正確性也尚不明確。但化學在解釋物質乃至生物的特性方面取得了驚人的成功，並仍將繼續取得成功，這表明簡化論至少是一種強大而有效的觀點。
化學裡“物質微小組成部分”的概念是原子、離子和分子。盡管物質是由基本粒子組成的觀點早在2000多年前就提出來了，但直到距今僅約200年前纔被廣泛接受。在這之前，多數思想家認為物質是連續的，並不存在小的基本粒子。16世紀出現的科學革命讓科學家們把自己對自然的認知和經驗測量更加仔細地結合起來。由於經驗測量支持基本粒子的模型，連續性模型就不再使用了。
18世紀，粒子模型一被人們接受，化學領域的進步就來得相對更快了。科學家們開始搞清楚組成物質的基本粒子的結構。20世紀早期至中期，化學家們有了很好的模型來解釋原子是如何結合起來形成分子，以及原子和分子的結構如何影響它們所組成物質的特性。事實上，在整個化學領域，結構和特性之間的關繫是重要的統一性主題。
化學的第二個統一性主題是從簡單到復雜的演化。人們發現，在自然界中，將簡單粒子以稍微不同的方式組合，便能得到非常復雜的物質。字母表中26個字母可以用不同方式組合成大量的單詞，然後以不同方式將這些單詞組合成大量復雜的句子。同樣地，構成物質的1素可結合起來形成很多化合物，這些化合物又可組合形成數量更為龐大的復雜物質，包括所有的生物。
化學可進行何種程度的解釋？我們仍然不是非常清楚。我們知道化學可以解釋氣體的特性，但化學能解釋人腦運轉的方式嗎？20世紀下半葉，在化學的基礎上發展產生的生物學，取得了巨大的成功。現在我們知道處於生命核心地位的復雜分子結構的細節，以及這些結構影響生物多種特性的方式。我們可定制分子與疾病做鬥爭，甚至改變生命組織中的遺傳分子（DNA）來改變這些生命體的特征。21世紀帶來了新的挑戰和新的方向。一方面，科學家們利用化學的觀點，正在嘗試解釋更為復雜的現像，例如人的意識；另一方面，科學家們正利用化學構造更為細小的結構和機器，一次僅使用一個原子。某一天我們可能會擁有分子潛水艇，它能夠在血管中航行，與入侵的癌細胞或病毒作戰。此外，科學家們還制造出各種新材料，如石墨烯就是一種僅有一個原子厚度的二維物質，但其強度比鐵還要高。也許在可預見的未來，物質的粒子模型將有更強的能力來解釋物質特性並產生新的技術。
本書概覽
本書中，我們將展示化學中50個極其重要的觀點。每個條目都被分成如下的幾個部分：30秒鐘化學是解釋部分，3秒鐘核心內容是用一句話解釋觀點，而3分鐘擴展知識則描述該觀點是如何應用於更寬泛或不同環境的。本書以原子及其結構和特性開篇，然後展示原子如何結合在一起形成化合物，以及我們如何能了素結合及產生的分子。接著我們來到物質的狀態（氣態、液態和固態）和化學反應。然後討論能量學，並描述支配能量流動的法則。後，我們對化學的四個分支進行縱覽，這四個分支分別是無機化學、有機化學、生物化學和核化學。我們的目標不是盡量多地描述化學，而是讓讀者“淺嘗”化學，讓讀者知道我們周圍和自身大千世界的事物背後，粒子正在跳著復雜而美麗的舞步，讓一切成為可能。

化學讓我們認識到，我們自身及周邊的事物，都是由粒子構成的。


石墨烯是一種新型碳基材料，隻有一個原子的厚度，但強度超過鐵。


電子在原子中的位置對了解原子的結合方式至關重要。