前言

我希望打开你的眼界，为你展现一个由化学构建的无与伦比的、在智识与经济层面都极其重要的世界。我必须承认，化学声誉不佳。很多人会回忆起，它是学生时代的一门科目，它难以理解、包含大量事实却难以融会贯通、伴随着难闻的气味、远离现实世界中的事件与欢乐，以至于他们不屑于谈论化学中的那些概念、名称、配制方法以及规则。之后，化学的声誉通常会变得更差，因为他们意识到了可恶的化学物质对环境造成的影响：它们逸散到野外，将灾难带给长满三叶草的柔绿色乡野草地，这里曾是色彩鲜艳的罂粟与翩翩起舞的蝴蝶的家园；将曾长有野生百里香的河岸变为条件恶劣的淤泥；让曾泛起涟漪的清澈小溪化为有毒的泥浆和令人作呕的烂泥；将风中携带的香甜气息转变为浓烈的刺鼻气味；总之，它破坏了一切事物。

我想改变所有类似的看法。我想让你以现代化的不带偏见的视角重新审视化学，除去那些消极的记忆与态度，替换成理解与欣赏。我想带你从一位化学家的视角观看世界，理解它的核心概念，知道一位化学家如何在为我们物质上的享受做出贡献的同时，还为人类文化做出贡献。我想解释化学家们如何思考，并解释他们所揭示的物质特性—所有形式的物质，从石头到人类—如何增添我们认识世界的乐趣。我想为你展示化学家们如何获取一种形式的物质，可能由地下抽取、挖取或从天空提取，并将其转变为另一种形式，该物质有可能为我们制成衣服、提供食物，或是让生活变得舒适。

我想与你分享化学为现代世界提供的基础设施。日常生活中，几乎没有一件物品不是由化学提供的或基于由化学创造出的材料的。如果除去化学及发挥其功用的臂膀—化学工业，就意味着除去了在建造中使用的金属及其他材料，在计算与通信中使用的半导体，在供暖、发电及运输中使用的燃料，在服装与装饰领域中使用的面料，以及在色彩缤纷的世界中使用的人造颜料。如果除去化学对农业的贡献，就意味着人会饿死，这是因为化学工业提供的化肥与农药使日益减少的耕地能够养活不断增长的人口。如果除去制药部门，就意味着人们因麻醉剂消失而痛苦，还意味着人们因药品消失而失去康复的希望。试想一个没有任何化学制品（包括纯净水）的世界：你回到了青铜时代之前，身处石器时代，那里没有金属，除了木头没有任何燃料，除了动物皮毛没有任何面料，除了草药没有任何药品，除了手指没有任何计算工具，并且只有少量的食物。

科技进步需要得到具有新颖、复杂特性的材料，要么是电、磁、光或机械性能更优良，要么只是纯度更高。保障人体健康可以减少对医院的实体基础设施及院内精密、昂贵的仪器的需求，它的进步有赖于更好、更高级的药物的研发与生产。若没有化学提供物质层面的基础结构，我们就不可能在生产、调度及节约能源方面取得进步。

更不用说，在原料与为了提高生活质量、延长生命而通过化学将原材料转化成的物质之间存在惊人差异。为实现转化，需要付出一定的代价，正是这种代价令我们感到不安，并为我们对化学产生的环境影响感到恐惧提供了正当的理由。最惨痛的代价就是，化学制造出的产品增强了我们杀戮与残害的能力，因为新型炸药及其他制剂改良之时，武器的威力也增强了。生产出的产品及在生产过程中造成的不可否认的环境影响，通常会引起更长期、民怨更大的担忧。化学通过政府选择，使社会有能力更有效地发动战争；通过商业压力，使社会有能力制造出更多的人工制品；通过个人选择，使社会更恣意浪费，从而破坏我们独特且无可替代的生态系统。

我将在本书中直面这类担忧，因为这是化学生产进步的必然结果，不仅它制造出的产品，还有它产生的废物都存在于环境中。尽管如此，重要的是记住化学的全貌，而不是单一的黑色的一面。没有化学，生活将是污秽的、野蛮的、短暂的。有了化学，生活会变得舒适、有趣、饱足，出行会变得高效，服饰会变得靓丽，生命会得到延长。我不会忽视化学黑暗与消极的一面，但与此同时我也鼓励你欣赏它富有启发性和积极的那一面。

除了以上所有贡献外，化学还有一个贡献：理解。化学通过展现事物的机制，让我们深入了解物质的核心本质。化学家可以观察一朵玫瑰，知道它为什么是红色的；可以观察一片叶子，知道它为什么是绿色的。化学家也可以观察玻璃，理解它为什么易碎；观察布料，理解它为什么柔软。当然，没有这些内在的知识，同样可以感受到自然的伟大之处，就像没有分析也可以享受音乐一样；但是在合适的时机，可以运用化学所带来的对各种形式物质的特性的深刻理解，获得更深层次的享受。我的目的就是与你分享这一深刻理解，向你展示即便只了解一点化学，也会为你的日常生活增添乐趣。

概括而言，这就是我想带你踏上的旅程。我想努力让你摆脱早年接触化学时形成的模糊的，也许不快的记忆。读完这些章节并不意味着你会获得化学学位，因为化学既有深度又有广度，既是定量的又是定性的，既微妙又浅显。即便如此，我希望你可以理解它的框架，核心概念，以及它对文化、乐趣、经济和世界做出的贡献。

最后，我想感谢帝国理工学院的教授戴维·菲利普斯，他提供了诸多有益的建议。

彼得·阿特金斯
牛津，2014年