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探寻物质之谜——创造健康、富足和可持续的世界

[英]约翰•埃姆斯利   绘:   译:杨利民 杨学文  

  • 开本:32
  • 页数:217
  • 出版时间:2018-10
  • 书号:978-7-5444-8123-6
  • 定价:32.00
  • 丛书:
  • 品牌:
京东
内容简介

本书作者以独特的视角向广大读者展现了化学在食品、饮水、卫生、交通、塑料、城市生活和体育运动等方面所发挥的重要的作用,内容引人入胜又包罗万象。既提供清晰、**的信息,又不使读者枯燥乏味,重点关注所提供的信息与日常生活的关联。作者以大量第一手的资料详细描述许多化学物质特性以及这些特性与人体健康和环境安全的相关性。

目 录
第一章食品与化学
1.1肥料
1.2杀虫剂
1.3食品添加剂
1.4营养食品和功能食品
1.5天然毒素和天然解毒素
1.6食品欺诈和取证

第二章水与化学
2.1饮用水
2.2让化学家洗餐具
2.3水质分析
2.4废水处理
2.5灌溉用水
2.6海水淡化
2.7水之极致

第三章卫生与化学
3.1安眠药
3.2肥胖
3.3流感
3.4多发性硬化(MS)病
3.5感染
3.6化疗
3.7哮喘

第四章生物燃料与化学
4.1生物乙醇
4.2生物柴油
4.3生物丁醇
4.4生物汽油
4.5生物甲醇
4.6生物甲烷(沼气)
4.7生物氢

第五章塑料与化学
5.1生物高分子聚合物
5.2聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)
5.3聚氯乙烯(VINYL或PVC)
5.4聚酯(又名聚对苯二甲酸二乙酯,PET)
5.5聚苯乙烯(PS)
5.6聚氨酯(PU)
5.7极端高分子聚合物

第六章城市与化学
6.1城市照明
6.2城市供暖
6.3玻璃城市
6.4城市与太阳
6.5信息化:照片和视频
6.6又重衣衫又重人
6.7“洁身”自好

第七章体育与化学
7.1运动器材
7.2运动服
7.3运动场地
7.4兴奋剂
7.5提高运动成绩的食物
7.6一级方程式F1大奖赛
7.7赛马与禁药

若干思考7 年、17年和27年后我们能期望什么
术语表
资料来源和拓展阅读
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编辑推荐

序一

 

英国著名化学科学作家约翰·埃姆斯利是化学宫殿里最棒的“导游”,他会让你在化学世界中流连忘返。他的第一本书《消费者化学指南》(The Consumer’s Good Chemical Guide)获得了1995年度英国科普图书奖,并且已被翻译为12种语言。他曾说过:“我一直对化学产生的奇妙的东西充满激情,并试图将我对化学的热爱最大限度地传递给世界。和大多数人一样,我试图了解世界是如何运作的,并且我意识到对很多现象的解释都可归结于分子的表现行为。同时,我相信很多人由于缺乏化学专业知识而导致他们易接受不怀好意的人给出的不具有科学性科学的解释。因此,要让人们感受到‘化学物质’带来的震撼,并且人们会为自己一直相信世界的祸源在化学这种错误想法所震惊。毫无疑问,有些化学带来的结果是有害的,但是有些结果是被误导的。”

希望大家通过阅读《探寻物质之谜》跟随约翰·埃姆斯利进行一次独特而又内容丰富的化学之旅。这本书向广大读者介绍化学在生活中各个领域所扮演的角色。目前这些角色的作用既没有得到很好了解,也没有受到广泛的赞赏。出版本书的目的是想让没有化学专业知识的普通大众能认识和理解更多关于他们周围与化学相关的世界及其化学对人类的必要性。其主题主要有药品和农用化学品、食品化学、肥料、生产或生活用水的生产和废水处理、各种燃料、塑料及与城市管理、运动相关的化学品等。

本书也告诉读者人类或多或少地以一种不可持续的方式在利用自然资源。化学具有两面性,有时也会造成对人和自然环境的损害,但化学产品已是日常生活中必不可少的一部分,没有化学产品,我们将回到生命被疾病、饥荒、痛苦所拖累的早期世界。世界已经站在一个十字路口,因此如何选择通往未来的道路是人类必须认真思考的问题。选择一条可持续发展的道路必将影响对化石燃料十分依赖的化学产业。事实上,基于化学、农用化学品和医药行业的产业可以实现可持续性,并且这些产业不仅使发达国家受益,也将使地球上的每一个人享受到化学带来的便利。秉持可持续发展理念将是发展之道。

近代化学传入中国后,中国化学家对其做了很多工作。以徐寿为代表的中国人为化学在中国的传播、应用及发展做出了巨大努力和贡献。如今,一大批中国化学家正在科学前沿开展高水平的研究,同时化学在我国国民经济可持续发展和高新技术创新中发挥的作用也越来越大,随着国家对化学研究投入的不断增加,中国化学科学必将跻身国际先进行列。

现代化学的研究已经从宏观向微观深入,从定性和半定量化向高度定量化深入,由描述向推理或设计深化,对物质的研究从静态向动态伸展。科普活动与科研活动一样重要,必将提高大众的科学素养。让我们也拿起笔来,为我们的子孙后代创造出更多更优秀的科普作品!

 

中国科学院发展中国家科学院院士麻生明

 

 

序二

 

我很高兴向读者介绍《探寻物质之谜——创造健康、富足和可持续的世界》一书。当前,所有年龄段的读者都渴望增进自己的科学知识,特别是化学知识。有鉴于地球资源的有限性和人类活动对生态系统和环境的影响,媒体大量倾注于环境问题,特别是关于全球变暖的争论以及既要保持经济增长,又要同时维持可持续的地球生存环境问题,因此激起人们无比的好奇心。由于经济利益、偏见和漠视,人类经常做出政治的、商业的或个人的选择并对地球的生活环境产生不利影响……本书提供了丰富的科学知识和信息,读来兴味盎然而且平实易懂。阅读本书能使读者增长知识,并能消除偏见,也有利于建设性的辩论和理性的决策。这对所有人都有很大的意义,特别是为了未来几代人的利益,不能找到解决所面临的种种问题的办法,那么大自然会惩罚人类,到那时,其他形式的生命将会在地球上繁荣。

本书共分七章,每章分别讲述一个专题,包括化学在食品、饮水、卫生、交通、塑料、城市生活和体育运动等方面所发挥的至关重要的作用,内容引人入胜又包罗万象;既提供清晰、权威的信息,又不使读者枯燥乏味,并重点关注所提供的信息与日常生活的关联性。特别是,本书提供了广泛而客观的有关化学物质的信息。一方面,生活就是一系列的化学事件,描述了化学物质在医疗保健和营养、在提供干净的水以及在为人类世界生产种种产品方面具有不可或缺的重要作用;另一方面,详细描述了许多化学物质的毒性以及这些化学物质如何导致人类的损害、疾病和死亡,并造成重大的环境问题。本书还是一本优秀的参考资料源,书中提供了丰富的参考信息和尾注,并附有全面的术语表和延伸阅读的许多建议。

所有读者, 无论其科学水平和专业素养如何,阅读本书后都将显著地增进自己关于本书所覆盖的各个专题的知识。总之,本书是一本很好的科普读物。此外,作者相信,本书也适合在旅途中或休闲时阅读。

 

C.大卫·加纳英国诺丁汉大学

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前 言

如是我见

对大多数人来说, 可持续发展问题通常就是寻找可替代能源的问题,而很少谈及人类从化石燃料中生产其他物质,认为这是化学家谈论的问题。如果绿色生活方式不是一种物质匮乏的生活方式,不是使用化工产品的生活方式,那么,绿色化学将是至关重要的。食物、清洁水、燃料、医疗用药和塑料或许会发生短缺。从化石燃料中碳转向生物质中碳的挑战并非易事,但也不是不可能。所需要的就是造就新一代年轻又聪明的化学家来做这件事。本书就是想要鼓励年轻人从事这门科学,但不是只为他们而写。如果你属于那种希望更多了解化学是如何支撑现代生活方式的方方面面的科普爱好者,那么本书就是为你而写的。

古希腊哲学家推断世界是由四种元素组成的,即泥土、空气、火和水。古代中国人认为还有第五种,即木。当然,这些都不是世界进程中的元素。从这点上来说,他们错了。但是,这些东西的确是我们认识的主要物质,即大地、大气、能源、水和生物。这些也都是组成这个世界当今诸多问题的 “元素”。

虽然许多人没有认识到,有的人甚至不愿意承认这一点,我们的生活方式在很大程度上取决于化学和与其相关的行业。二百年前,我们祖先的生命是短暂的、易患病的、痛苦的,有时甚至会被饿死。今天,生命变得更长、更清洁、更健康、更少痛苦,食品变得十分丰富。而这一切,部分得益于化学。撰写本书的目的就是要解释化学在日常生活方式中所起的作用,并探讨是否有可能,至少在理论上, 只依靠可持续资源让人们享受类似的生活标准。

人类的基本需要包括足够的食物、清洁的水源和药品。这些需求分别依赖于农用化学工业、化学工业和制药工业。维持美好生活的其他必备物品,即燃料和塑料,更明显地依赖于化石燃料,而可持续地生产燃料和塑料将是化学家、生物化学家和工艺工程师在21世纪必须解决的一项重大挑战。同时,世界各地的人群不断涌进大城市,化学有助于使这部分人的生活依然可持续,更美好。

一个拥有6000万人口的、像英国这样的中型国家能从它所拥有的可用国土上生产出一切需要的食物、燃料和所需的其他物资,并仍然可以为野生生物留出空间吗? 我相信它能,并且这也为全世界树立了一个可持续生活的范例。当然,地球上的人口停止增长甚至减少,如全球减少到50亿,英国减少到5000万,那更有助于实现这个目标。化学家提供了实现人口减少的手段,如提供避孕套、避孕药等。即使使用这些产品,世界人口也已经达到65亿, 到21世纪末还将达到90亿。

品牌形象对成功至关重要,半个世纪以来,化学一直给人不好的印象。甚至“化学物品”这个词现在被许多人当作一个负面词汇,用以表示他们不赞成的东西。2008年,有人要求英国广告标准管理局(ASA)裁定某种“有机”肥料宣称“100%不含化学物质”是虚假宣传。ASA最后裁定广告措词没有不妥,可以这样宣传。化学家听得目瞪口呆,因为从化学家的观点看,地球上的一切物质100%都是化学物品。

“绿色运动”、有机农业和替代医学的宣传总是把化学和化学物质描绘得非常恐怖,20世纪90年代达到顶峰,把癌症、儿童多动症、现代男性精子计数降低、北海海豹突然死亡,甚至鸣禽和蜜蜂数量下降等都被归咎于“化学物质”(所有这一切后来都被证明是错误的)。“非化学物质”这样的广告词获得巨大成功,以至于现在有一些人认为需要对天然化学物质和人造化学物质进行明确的区分,前者被说成是安全的,而后者则是危险的。这种观点完全是无稽之谈,但它玷污了化学的形象。在本书中,作者将重塑化学的形象。如果我们想要在一个可持续的世界中生存下去,这世界所需要的恰恰是更多的化学家和他们的行业,而不是更少。

毒理学家是真正理解化学物质对人体影响的科学家。环境保护团体声称“化学物质”对人类有危害,毒理学家对这一说法持保留意见。调查发现,美国毒理学学会96%会员相信绿色和平组织的说法是非常夸张的; 75%会员表示,媒体过分重视环保团体资助的个人研究结果。对化学家而言,这两个数字毫无惊奇。邻苯二甲酸盐这一案例尤其遭到环保人士攻击,但89%毒理学家说他们不认为邻苯二甲酸盐有什么大的危害。

有人认为始于350年前的欧洲启蒙运动时代的科学和理性,现正让位于黑暗时代,趋于迷信的非理性的信念主导一切。这在医疗保健领域尤其泛滥,超乎其他一切领域。使用替代疗法的医师到处都是,他们提供非科学的疗法诸如顺势疗法、水晶疗法、针灸、草药、芳香按摩、反射疗法、自然疗法、营养疗法和心灵疗法。当然其中有些也产生了一定效果,但这就像安慰剂一样。这些替代疗法在发达社会充其量就像是无害的娱乐活动,但对发展中国家的民众就有一定的危害性,如草药被吹捧为有效的抗疟药物,顺势疗法被倡导用于治疗结核病,饮食和维生素被提升为保护人体和治疗艾滋病……

罗杰·培根是第一个提倡科学方法的哲学家。他看到人们很容易被愚弄而去相信那些不正确的东西。他列出四种提示:(1)接受错误的权威的意见;(2)依赖已形成的习俗;(3)追随莫名其妙的流行和偏见;(4) 不认识自己的局限性。他的方法是鼓励我们质疑他人的意见,但我们仍然需要知道该信任谁,该相信什么。基于可重复实验的科学才是唯一能够接受为真实的可靠基石。一次性实验和施行替代疗法的那些人所信奉的非专业的流行疗法被证明毫无价值可言。

诚如在双盲试验中的安慰剂效应可使多达三分之一的人相信似乎受益于一种非活性物质,许多人表现为反安慰剂效应似乎感觉接受了有毒物质,受到了不良影响,而事实是完全无害。对于食品添加剂,凡已知是完全安全的,就授予一个字母E开头的数字。但这还是没有阻止一些团体将它们标明为“化学物质”,并说它们对健康构成威胁。他们的错误言论导致许多人把带有E字头数字的食品添加剂当作是一种警告而不是一种让人放心的保证。

在20世纪,每十年化学和制药业都有显著的进步。20世纪初从氮气和氢气合成氨态氮肥。为全世界四分之一的人口供应赖以生存的食品。20世纪30年代和40年代合成了一系列新的高分子聚合物,如聚乙烯、特氟龙、尼龙和聚酯,它们现已成为人类日常生活的一部分。20世纪50年代和60年代是新药的黄金年代,数以百万计的生命得到挽救,还有数百万人生命得到延长,更使人类挺过疾病的袭击。20世纪70年代和80年代出现了许多新材料,它们现已成为现代技术的有机组成部分,如微芯片和节能灯。在20世纪90年代,环境问题有了化学答案,如水基家用涂料、环保洗涤剂和专用杀虫剂。进入21世纪后, 尽管化学工业带来的好处有很多,但人们对化学工业已不再那么热衷。

如果20世纪是化学帮助人类塑造了现代世界,那么时至21世纪,化学还将扮演什么角色?化学对人类还会有作用吗?我们肯定已经知道关于塑料和涂料、容器和地毯、沐浴露和护肤霜、药物和饮食的一切。在某种程度上,这是肯定的,可能只要稍加调整就可尽善尽美。但是,还需要能可持续地生产。这将意味着要找到更好的催化剂、清洁溶剂、新技术和新工艺。石油精炼厂和化工厂目前占地面积大如小城镇,可能有朝一日其占地面积不超过足球场,并且还不会产生废物。

21世纪的化学家需要想出新的方法来支持日新月异的生物技术、制药业和微电子产业。我们可能会看到庄稼和生物质能生产各种工业原材料,但仍需要将这些原材料转换成可用的产品。如果癌症被征服,可以肯定是医学家、生物化学家和化学家的共同努力实现的。但是,他们想出了办法,又怎样将新药生产出来并使之进入人体呢? 从生产到人体,还需要有以化学为基础的工业发挥作用。也许,未来最出彩的化学领域将是向其他行业提供新材料。想象若有一种材料,能使太阳能转化为电能,并且效率达到50%,或者有一种地下电缆能实现电能远距离传输而无电能损耗,如从南部沙漠的太阳能农场输送到寒冷的北方城市,那该是怎么样的贡献啊!

如果20世纪的化学工业建立在可持续的资源上,那么,哪些是必需的基本原材料呢? 我们需要大量生产乙烯,用于生产各种高分子聚合物。而乙烯可以来自乙醇,生物乙醇已经能大规模地生产了。我们还将需要丙烯,用以生产高分子聚合物,丙烯可以从甘油制得,而甘油则是植物油水解的副产品。另一个主要原料是苯,这是生产尼龙和聚苯乙烯所必需的。理论上,可以从木材的木质素中提取。鉴于作为一切生物体基础且极具重要的碳元素的来源没有问题,化学家能生产出符合人类需要的一切物品。可能短缺的是富有才气的青年化学家,正是他们才能使这一切成为可能。

可持续发展的概念来自联合国世界环境与发展委员会(亦称布伦特兰委员会)。该委员会成立于1983年,并在1986年发表了一份报告。这份报告把可持续发展定义为“满足当前的需要而不损害后代满足他们需要的能力”。这份报告在保罗·阿纳斯塔斯(Paul Anastas)和约翰·华纳(John Warner)等的推动下获得最后通过。阿纳斯塔斯和华纳于1998年撰写了《绿色化学:理论与实践》。该书规定了构建可持续化学工业的若干原则,如阻止浪费、原子经济原子经济是美国化学家Barry Trost提出的概念,其核心内容是任何化学反应,其目标是反应物中的原子全部进入产品中。换句话说,反应过程中所用的材料都应进入最后产品中,不应有副产品或废物产生。、更安全的解决方案、能源效率、预防污染等。这些指导方针现在正为各大公司所遵循。

2005年前后发生的一件事,一直被视为临界点,使人们突然意识到, 如果人类不打算毁灭地球,新世纪使用化石类燃料的方式必须有所改变。这件事就是“可持续的未来化学”研讨会,由美国国家科学基金会组织,并在2006年5月召开,而多年来化学家也一直谈论这件事。与会者一致同意化学是能使地球发展且可持续发展的科学。

世界可持续发展工商理事会是一个协会,由来自35个不同国家的200家公司组成,包括空气产品及化工产品公司(Air Product & Chemicals)、拜耳(Bayer)、中国石化(China Petrochemical)、陶氏化学(Dow Chemical)、杜邦(Du Pont)、三菱化学(Mitsubichi Chemical)、诺华(Norvartis)、诺和诺德(Nova Nodisk)、罗门哈斯(Rohm & Haas)、先正达(Syngenda)等公司以及各大销售公司如宝洁(Procter & Gamble)、庄臣(S.C.Johnson & Son)和联合利华(Unilever)。一些环保组织现在正与化工公司并肩合作。

20世纪的化学工业改变了世界。如果我们的孙辈在未来也想摆脱饥饿、污垢、疾病和物质匮乏,21世纪的化学工业必须再现奇迹。否则,我们将犹如坐在绿色的小推车里继续我们当前通向地狱的旅程,也许这是咎由自取译者注:这里,作者的意思是我们在“绿色”即环保的名义下不再发展化学工业,最终导致世界的不可持续以至于毁灭。。可持续的化学天堂也许是可望而不可及,但至少我们可以试一试。

阅读注意事项

全书中有多处标题为“常识”的插入文字,这些文字用楷体排印,旨在证明, 关于各种化学问题的信念仅仅是城市神话或就像美国小说家诺曼·梅勒(Norman Mailer)所称的“似是而非”的东西,他把这种“似是而非”定义为“除了自己,别人都知道是真实的”。

“有机”一词有两个截然相反的含义。对广大公众,这意味着不使用农用化学产品生产出来的食品。对化学家来说,是指含有碳元素的化合物。事实上化学家制造的大多数分子都是有机的。在本书中,这两种含义都要用到。为避免混淆,在指非化学术语时,将使用带引号的“有机”。

全书中有些词以黑体词标出,表示这些词可在术语表中找到更多的信息。但术语表中没有结构式,因为结构式在维基百科中能查到,只列出化学物质的别名和一些结构简式(亦称示性式)。

如果你住在英国,你可能会不安地发现我把sulfur拼写成sulphur,同样还有sulphite和sulphuric。这些不是印刷错误,而是国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)采用的拼法。如果你是一个化学家,可能会不安地发现笔者经常使用许多化学物质的普通名称,如用塑料代替高分子,这是故意为之,旨在让化学专业工作者以外的人也能读懂本书。

约翰·埃姆斯利
理学博士,加拿大皇家学会会员


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