改變世界的碳元素

序

結構式的基本認識

第Ⅰ部 榮耀的碳元素王國
第1章 碳元素的構造與特性
1-1 地球的「碳元素王國」
1-2 「碳元素王國」的「國民」是怎麼誕生的？
1-3 形成「碳王國國民」的「鍵結」
1-4 生命體不可欠缺的碳
1-5 擴大發展的「碳元素王國」

第2章 碳元素的美麗結構
2-1 碳是美麗的國王
2-2 人造鑽石
2-3 集結「對稱之美」的「富勒烯」
2-4 魔鏡映出的「光學異構物」
2-5 如同「魔王迷宮」擁有複雜美麗結構的有機化合物

第Ⅱ部 支配生命體的碳元素王國
第3章 形成生命體的碳元素
3-1 與太陽合作進行「光合作用」
3-2 碳水化合物是太陽能的「罐頭」
3-3 生命體不可欠缺的「油脂」
3-4 蛋白質是「生命體的本質」
3-5 「微量物質」演奏生命之歌

第4章 拯救人類的碳元素「藥物」
4-1 拯救生命的大自然恩寵「天然藥物」
4-2 人類智慧的結晶「合成藥物」
4-3 人類的朋友「咖啡因」「乙醇」
4-4 香味和氣味的真面目是有機化合物

第5章 讓人痛苦的碳元素王國死神─「有毒物質」
5-1 「有毒物質」的基礎知識
5-2 碳元素王國的「暗殺者」
5-3 毀滅人心的碳元素王國「麻煩人物」
5-4 人類所製造的瘋狂「化學武器」
5-5 擾亂自然環境的「頭痛人物」

第Ⅲ部 開拓未來的碳元素王國
第6章 碳元素的新材料
6-1 20世紀的新材料「塑膠」「尼龍」
6-2 「酚醛樹脂」加熱也不會「軟化」
6-3 從眼鏡布到民航客機使用的新纖維、複合材料
6-4 具有特殊功能令人驚豔的塑膠

第7章 供應能量的碳元素
7-1 生質能來自生物體
7-2 化石燃料的能量：煤、石油、天然氣
7-3 備受矚目的「新」化石燃料
7-4 威力驚人的有機化合物「炸藥」
7-5 利用太陽光能的「有機太陽能電池」

第8章 超乎想像的碳元素王國
8-1 分子聚集而成的「超分子」
8-2 整齊排列的有機「液晶分子」
8-3 自發性移動的「超分子」
8-4 碳元素王國的「單分子汽車」

結尾
索引

 

序

　　歡迎各位讀者來到「碳元素王國」，誠摯歡迎大家。各位即將蒞臨的碳元素王國，是一個以碳原子為「國王」的龐大王國。碳原子是構成地球上各種動植物等生物的主要元素，除了地球上，碳原子也廣泛分布於整個宇宙。

　　碳原子誕生於距今138億年前的宇宙大爆炸、宇宙大霹靂（Big Bang）之後，大爆炸產生的氫原子聚集形成高溫、高壓的恆星，高溫、高壓使氫原子核融合，碳原子繼而誕生。換言之，恆星是碳原子的誕生之地。

　　碳原子僅有「1毫米的千萬分之一」大小，形狀為圓團雲氣。由6個電子組成雲霧般的電子雲，電子雲的中心存在體積小、密度高的原子核。碳原子藉由這6個電子，與碳或者其他元素鍵結成各種分子。這些含有碳原子的有機分子「國民」，建立起碳元素王國。

　　碳王國的活躍與發展令人驚豔，不僅構成地球上各種生命體，也形成維持生命的食物、對抗疾病的醫藥品、豐富日常生活的材料，以及支撐產業的能源。因此可以說，人類是與自然界中碳元素王國的國民，一同攜手合作生存下來的。

　　20世紀初，美國一位年輕化學家華萊士‧卡羅瑟斯（Wallace Carothers）發明了人造聚合物（塑膠）尼龍。尼龍不存在於自然界，是人類製造出來的新材料。

　　到了現在，塑膠已經成為人類生活中不可欠缺的物質。現代的碳化合物可比鐵還要輕盈、堅韌，擁有更好的導電性，甚至可以利用有機化合物製成電池、利用碳纖維製成最先進的飛機，展現出凌駕於鐵之上的性能。

　　人類的歷史概分為石器時代、青銅器時代、鐵器時代，現代被認為是西元前10世紀左右開始的「鐵器時代的延伸」。然而，真是如此嗎？說「現代是鐵器時代」妥當嗎？說現代是進入碳元素構成的碳器時代，豈不是更貼切嗎？

　　本書將會帶領大家，輕鬆遊遍碳元素王國的各個角落。讀完本書後，各位讀者肯定會為碳元素王國深奧、自由變換的靈活性與運用性，以及未來的發展性感到驚豔。