世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門(電子書)

【內容簡介】
‧獲選 2021年《Newton》雜誌「百大科學名著」，日本暢銷書！
‧日本亞馬遜超過 500 筆書評湧入，4.5 ★好評推薦！
‧《朝日新聞》《日本經濟新聞》《每日新聞》《讀賣新聞》各大媒體書評盛讚不斷！
‧東京大學教授．腦科學家池谷裕二推薦：這麼有趣的化學書，還是第一次看到！
‧臺大化學系名譽教授 陳竹亭、趣味知識圖文作家 10秒鐘教室（Yen）、最狂生物老師 瘋狂理查GTO──一起有趣讀化學

世界史 × 化學，所以才會這麼有趣！
｢合成出新物質時，各國的勢力消長和生活方式也會跟著改變，真的很有趣！｣

好奇心 ＋ 欲望，人類的歷史因此推動！
東京大學教授池谷裕二：這麼有趣的化學書，還是第一次看到！

人類的日常生活，就是一部透過化學改變世界的微物史。

‧斗蓬、香水、高跟鞋，全都是為了某個臭臭的原因而發明的？
‧拿破崙三世招待貴客的方式，竟然是使用鋁製餐具？
‧石化和鋼鐵工業汙染程度高，為什麼還是不能沒有它們？
‧稀土是什麼？為什麼既是熱門投資標的，又是國際貿易制裁的利器？
‧如今成為觀光勝地的兔島──大久野島，其實曾是地圖上不存在的一塊？

早晨來臨，按掉鬧鐘、換好衣服鞋子，準備上班。到了辦公室，拿出剛剛買的咖啡和現烤三明治，邊吃邊看電腦和手機。下班後和朋友小聚，一杯啤酒下肚，整個人都放鬆了……

這是許多人的日常，而這些日常的每一個環節，都和化學脫不了關係。

一提到「化學」，很多人會嚇得倒退三步。事實上，化學是一門研究物質結構、性質和反應的科學。從過去到現在，化學一直在背後默默助人類一臂之力，也形塑了我們的世界。

只要你懂化學，化學就會幫助你。本書將告訴你生活中各種材料與物質的前世今生，讓你更冷靜地面對各種廣告話術、更聰明地使用各種用品，也更睿智地思考自己與環境的關係。淺顯易懂的文字與圖解，再加上相關的趣味軼事，帶你從全新角度了解人類歷史，秒懂化學的奧祕與樂趣！


【各界推薦】
陳竹亭　臺大化學系名譽教授
10秒鐘教室（Yen）　趣味知識圖文作家
瘋狂理查 GTO　最狂生物老師

──一起有趣讀化學


讀者★★★★★好評：
合成出新物質時，各國的勢力消長和生活方式也跟著改變，真的很有趣！

‧高中念文科、完全不碰化學的我，就像窺看世界史般愉快地讀完了。這樣的搭配與介紹方式，的確提高了我對化學的求知欲與好奇心。真的是一本最適合化學素人的入門書。

‧說「世界史是化學寫成的」一點也不誇張，是一部滿載了故事的有趣世界史！大推薦！

‧買來送給不擅長化學的孫子，希望他能因此對化學產生興趣！

‧如果能在學生時代讀到本書，說不定我會選擇完全不同於現在的工作。

‧化學隨著人類的欲望而發展，既創造了便利，也帶來了恐懼。儘管科學與化學都有正確解答，歷史卻沒有，這讓我感受到身為人類的奇妙。

‧真的非常有趣，尤其推薦給不擅長化學的讀者！基礎化學結合歷史，易讀易懂。

‧本書就像一塊敲門磚，讓讀者與「未知的未知」產生連結，讓你知道自己不知道什麼，進而再尋找能讓你知道的書籍來閱讀。

‧一直覺得學校教的歷史非常令人痛苦，卻沒想到可以用這種角度來看歷史。不論從哪一章開始讀，都能很快進入作者所建構的世界，真是太棒了。

‧以通俗易懂的方式整理了化學的發展如何在背後推動著歷史。讀完本書後，如果再讀世界史，相信一定會有新發現。如果我高中時就有這本書，我一定會同時愛上化學和歷史。

【作者簡介】
〔作者簡介〕
左卷健男

東京大學兼任講師，前法政大學生命科學部環境應用化學科教授，現任《理科探索》雙月刊總編輯，專長為科普教育。

出生於1949年，自千葉大學教育學部理科專攻（物理化學研究室）畢業後，取得東京學藝大學大學院教育學研究科理科教育碩士學位。曾任中學理科教科書編輯委員及執筆者，除了在大學執教鞭，也花費大量精力於推廣科學教育。著作包括《趣味物理研究所》《有趣到睡不著的自然科學》《有趣到睡不著的化學》《食品添加物小圖鑑》《元素圖鑑》（與田中陵二合著）等書。

〔譯者簡介〕
陳聖怡

曾留學東京，享受有日文的生活，熱愛筆譯。譯有《基本設計力》《設計的實戰法則》《極簡德國史》等各種歷史、旅遊、心理、生活實用書。

【目次】
前言　人類的文明是化學推動的
第1章　是什麼構成了物質？
費曼的提問
探索自然知識的先行者
萬物皆由水組成
微粒組成萬物
原子論與享樂主義
聽亞里斯多德的準沒錯
四性質說與煉金術

第2章　所以說，原子是什麼東西？
真空存在嗎？／用水做托里切利實驗／十六匹馬也拿真空沒辦法
拉瓦節的元素表／道耳吞的原子論／分子概念的確立
分子的存在終獲證明／理應不會再分解的原子分解了？／原子內部一片空蕩蕩

第3章　列張週期表，讓元素照位子坐好
元素的發現與週期表／門德列夫的預測成真／惰性氣體表示：我就懶！
同位素到底算不算同一種元素？／現在的週期表／物質分為三大類
金屬的特徵

第4章　人類表示：已知用火
人類的第一把火？／引火的技術／有燃素，才能燒
氧的發現／無關燃素，重點是氧／家庭使用的燃料氣體
燃料的歷史與能源革命

第5章　水能載舟，亦能覆舟
想要活下去，不能沒有它／羅馬浴場／高跟鞋、斗篷和香水
乖乖照規定，才叫有禮貌／乘著水散播的傳染病／傳染病促進上下水道的發展
自來水裡的特殊氣味／讓所有人震驚的可怕物質？

第6章　有熟肉可以吃，就別吃生肉
咖哩飯的誕生／栽種稻米是人類的一大偉業／大航海時代與馬鈴薯
馬鈴薯促進歐洲人口增加／動物家畜化與定居生活／從山豬到家豬
人類對動物的好奇，自古有之／農耕革命與都市的建立／生存必須的營養素
有熟肉可以吃了！

第7章　喝完這杯再說吧
酒與農業的起源／啤酒也能當薪資？／麵包的製作與啤酒
酵母與發酵／不純，人們可是不喝的／葡萄酒的歷史
學術研討會其實是拿來喝酒的？／煉金術士與蒸餾酒／酒與靈魂密不可分
「乎乾啦」與酒精中毒

第8章　從捏泥巴到御用餐具
顛覆石器時代的印象／磚塊與印度河文明／窯的發明
中國的瓷器發展／邁森的誕生／少年威治伍德的陶瓷生產技術
製作混凝土的水泥／陶瓷產品與陶瓷材料

第9章　被玻璃改變的生活風景
充斥著玻璃的現代／玻璃的起源／吹製玻璃的發明
將玻璃窗實用化的德國人／在煉金術中大顯身手的玻璃儀器／為什麼玻璃是透明的？
串連網路的光纖／未來的玻璃

第10章　金屬孕育出的鐵器文明
現代金屬多采多姿／鑄鐵與鋼／鐵曾比黃金更貴重
青銅器好好用／閃亮亮的東大寺大佛／古代的製鐵技術
《魔法公主》裡的古早製鐵法／高爐法的發明與發展／鋼的量產與轉爐法的發明
鋼鐵大砲與德意志帝國的建立／新製法催生出近代鋼鐵工業／有鐵斯有國
拿破崙三世和鋁／七○七五鋁合金／稀有金屬問題

第11章　黃金與白銀，有時還有香料
黃金是欲望之源／已開採的黃金有多少？／開採黃金的方法
哥倫布航海的原動力／尋找胡椒與香料／阿茲提克與印加黃金
加州淘金熱／白銀也曾比黃金更值錢／巨大的波托西銀礦
用美洲的銀礦撐歐洲的經濟

第12章　染出美麗
美麗的染料與纖維／最早的合成染料／無機物居然能生成有機物！
做夢夢到苯／依分子設計圖進行合成／引領有機化學工業的德國

第13章　從染料到醫藥
從染料轉向製藥／可治梅毒的砷凡納明／傳染病與磺胺製劑
盤尼西林的發現／抗藥性細菌登場／自古以來，植物就是藥
最活躍的煉金術士／帕拉塞爾蘇斯的萬靈丹

第14章　毒品，興奮劑，還有菸
毒品之王罌粟／鴉片原本是藥劑／鴉片戰爭
滿洲國的資金來源／曾當成商品販賣的安非他命／在昏沉中被殺的西班牙俘虜
印加帝國與古柯葉、古柯鹼／生物鹼是什麼？／大麻與大麻葉
菸草與人的關係／香菸管制與清教徒革命／香菸的危害

第15章　浮在石油上的文明
合成纖維問世／聚酯、尼龍、壓克力／吸水性最好的合成纖維
纖維的分類／人類與天然纖維／了不起的再生纖維
低分子與高分子／什麼是塑膠？／代替象牙的賽璐珞
和木材完全無關的電木／什麼是四大塑膠？／紙尿布裡的白色粉末？
直到海枯石爛──塑膠垃圾問題

第16章　夢幻物質的黑暗面
當春天一片死寂／什麼是DDT？／對生態系統的不良影響
殺人最多的傳染病／用什麼取代DDT？／為物品保冷
氟氯碳化物的時代來臨／被破壞的臭氧層／真的有完美的化學物質嗎？

第17章　咻的一聲要爆炸啦！
提早終結越戰的那張照片／連皮膚也燃燒殆盡的燒夷彈／拜占庭帝國的祕密武器
黑火藥的發明與利用／好想要威力更強的火藥啊！／炸出鉅額財富
從黑火藥到無煙火藥／肥料跟炸藥都用得到

第18章　戰爭與科學家的社會責任
窮人的核武／造福世人，也毒害世人／從地圖上消失的島嶼
「末日鐘」的衝擊／從未失去人性的物理學家／核分裂連鎖反應
曼哈頓計畫／氫彈的開發

結語　化學仍將繼續影響人類歷史
參考文獻

【內文連載】
〈第7章　喝完這杯再說吧〉

〔酒與農業的起源〕

人與酒（酒精，乙醇）的交集，大約可以追溯至一億三千萬年前。

在那個會結出果實的種子植物（開花植物）剛登場的時代，我們的祖先尚未進化成人類，仍是長得像松鼠一樣、會懼怕恐龍的初期哺乳動物。當時，出現了一種喜歡水果的酵母──釀酒酵母。

釀酒酵母可從水果所含的醣類（果糖和葡萄糖）中獲得能量，雖然以乙醇為副產品來獲取能量的這種方法，效率並不算好，但相對的，這種方法卻能有效驅逐其他會被乙醇毒死的微生物。

於是，吃果實維生的哺乳類當中，能藉由氣味（其實就是乙醇的氣味）來分辨成熟與否的物種，便占了生存優勢。因此，人類的祖先才會帶著喜歡酒精的特性演化至今。

最初的酒是由水果或蜂蜜自然發酵而成的。由於釀酒酵母存在於糖分較多的環境，也會附著在果皮上，所以，只要將水果搗碎、裝進容器裡，酵母就會開始工作（發酵），將糖分轉化為酒精。

水以外的「飲料」正式在世界史上登場，大約是在一萬年前，智人開始定居生活、發生農耕革命的時候。

目前可以確定年代最古老的酒精飲料，發現於中國河南省的賈湖遺址，是大約九千年前的古酒。二○○四年，考古學家將此處出土的陶壺內部殘留物送去做化學分析，結果發現裡面含有米、蜂蜜、葡萄、野山楂。換言之，九千年前的人，應該喝過由這些材料混合製成的「野山楂葡萄酒、蜂蜜酒，以及米酒混成的複合發酵飲料」吧。

〔啤酒也能當薪資？〕

啤酒的原料是穀物。以前的人類是用皮袋、動物的胃囊、刨出凹槽的木頭或石頭、大貝殼做為釀造啤酒的容器。至少早在西元前四○○○年時，啤酒就已普及於近東一帶，一般認為，發源地是底格里斯河與幼發拉底河流域的美索不達米亞平原。

有一種觀點認為，人類對啤酒的需求促進了農業的正式發展。如果原料只能一味仰賴採集野生穀物，就無法穩定釀出啤酒。因此人類需要透過耕作以確保穀物來源，才會開始「栽培」。

在現今的伊拉克、當時的美索不達米亞，曾出土一只約西元前四○○○年的土器，上面有兩個人用吸管從大甕中喝啤酒的圖畫。由於當時的啤酒裡混雜了許多穀粒、穀殼和雜質，所以要用吸管才能喝──雖說是「雜質」，但當時的啤酒是用沸騰過的水釀造而成，已煮沸殺菌，所以是很安全的飲料。


在西元前三○○○年左右，開創美索不達米亞文明的蘇美人開始栽種麥子。

他們生產出麥芽，曬乾後混入小麥粉中烤成麵包，再搗碎溶入熱水，等它自然發酵後，就成了啤酒。前面提到，人類開始以農業為中心、過著定居生活後，由於糧食生產有餘，於是逐漸出現了不從事農業、改做其他工作的人，他們領的薪水都是麵包和啤酒。比方說，在西元前約二五○○年的古埃及時代，金字塔工人的標準日薪，就是三到四條麵包和大約四公升的啤酒。國家會收集穀物做為貢品，再當成勞動的薪資來分配。

對古埃及人來說，啤酒是日常飲料，不論在家或酒館都能喝到；而當時的啤酒酒精濃度也比現在要高，根據推算大約有一○％。

儘管喝酒後唱歌跳舞無傷大雅，但還是有人會喝得爛醉、造成不少麻煩，古埃及文物中甚至還留下了提醒民眾不可飲酒過量的文章。比方說以下面這段文字：

「別踏進滿室酒鬼的屋子，因為你脫口而出的話，會被他們傳到人盡皆知；尤其在你根本不知道自己說了什麼的時候，更將成為你的災難。若你醉倒在地，骨折恐不可避；更何況，並不會有人對你伸出援手。與你一同歡快暢飲的夥伴只會說「把這醉鬼扔出去」；當你真正的摯友前來尋你，只會看見你有如幼兒般無力倒臥在地。」──《啤酒文化史1》

這種景象跟現在的宴會應酬根本沒什麼分別。大約在西元前八世紀至西元前七世紀時，啤酒深受亞述人喜愛，後來也陸續傳到希臘、羅馬，但因為這兩國更重視葡萄酒，所以啤酒的釀造反而由栽種小麥的北歐日耳曼人繼承了。

〔酵母與發酵〕

負責在酒中製造出酒精（乙醇）的，是一種叫做酵母的微生物。

生物中有一種分類，稱為真菌界，從外觀可以分為黴菌、酵母、蕈類等，不屬於植物，也不屬於動物。以黴菌（絲狀真菌）為例，孢子發芽後，短短幾天內，菌絲就會以放射狀不斷分枝擴展，並在菌絲末端長出新的孢子，成熟後便會飛散出去。

至於酵母，則是大小只有○．○一公厘的單細胞生物，有球形、橢圓形、長條形等各種形狀，繁殖方式多為出芽生殖和分裂生殖。大部分的酵母不像黴菌，細胞並不會排列成線狀；當它們增殖時，四散的細胞會聚集在一起，組成球形、有黏性的團塊。但酵母和黴菌的區別其實是很模糊的，因為有些酵母，例如人體常見的念珠菌，當生長條件發生變化時，它會長出黴菌般的絲狀結構。

儘管如此，由於許多酵母在發酵上扮演著很重要的角色，因此還是會將它們與黴菌區分開來。

大致上來說，舉凡啤酒、葡萄酒、日本酒、麵包，都是因為釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的作用而製成的。但就算是同一種酵母，其菌株也不盡相同，因此還是會分別使用適合於不同產品的酵母，比如說，釀製啤酒用的酵母，就是啤酒酵母。

釀酒酵母愛吃葡萄糖，會將之分解成酒精和二氧化碳。Saccharomyces一詞來自希臘語，意指「砂糖和菌」；cerevisiae 則是取自拉丁語「啤酒」的意思。

酵母可用麥芽糖或葡萄糖為原料進行發酵，但澱粉不行；至於葡萄酒，則是因為葡萄汁裡含有大量葡萄糖，所以才能直接利用葡萄酒酵母發酵。

如果用大麥和米之類的澱粉為基底來釀酒，需要先將澱粉分解成麥芽糖和葡萄糖，此過程稱為「糖化」。舉例來說，啤酒的原料是大麥，讓大麥發芽變成麥芽後，就會形成澱粉酶；澱粉酶會將大麥中的澱粉分解成麥芽糖和葡萄糖，接著再用啤酒酵母發酵。日本酒則會將麴黴（酒麴）撒在酒米上，將澱粉分解成葡萄糖。

酵母使葡萄糖發酵後，除了生成酒精和二氧化碳，還會產生胺基酸、香氣成分等物質。

〔不純，人們可是不喝的〕

進入中世紀的歐洲，修道院除了做為學問的殿堂，也是啤酒的釀造中心，有些修道院還把啤酒釀造室直接設在麵包房隔壁。

進入十一世紀後半，由於人們開始使用啤酒花，啤酒的品質明顯提升，也使得這種加入啤酒花的啤酒逐漸廣傳開來。

一五一六年，慕尼黑公國的公爵頒布了一項法令，規定啤酒只能用大麥、啤酒花和水來製造，稱為《啤酒純釀法》；後來又在法令中加上了酵母，變成「麥芽、啤酒花、水和酵母」四種原料。直到今天，德國仍承襲這項釀酒基準，這種傳統的無添加啤酒也依然是市場飲用的主流。

到了十六至十七世紀，啤酒釀造的工作從修道院轉移到國家或市民手上。在大航海時代，啤酒取代了容易變質的水，成為最普遍的飲料：航向美洲大陸的五月花號上，就裝載了四百桶啤酒。換言之，如果沒有啤酒，就無法創造出陸續締造這些「豐功偉業」的大航海時代了（雖然對於「新大陸」的原住民來說，這無疑是莫大的災難）。

〔煉金術士與蒸餾酒〕

蒸餾，是利用物質的沸點差異，暫時讓物質變成氣體後，再予以冷卻和分離。

蒸餾常用到一種名叫曲頸甑的玻璃儀器，包括球形瓶身和一支開口向下的窄頸。只要加熱裝有液體的球狀部分，蒸氣就會在瓶頸處凝結，可沿著瓶頸將想分離的物質收集到另一個容器裡。在煉金術中，曲頸甑是廣泛運用的工具。


中世紀的煉金術士建立了製造蒸餾酒的技術。濃烈的蒸餾酒是經過多次蒸餾後製造而成的。第一次蒸餾出來的液體稱為「燃燒的水」，酒精濃度六○％。反覆蒸餾後，就會變成號稱「生命之水」（Aqua Vitae）、濃度約九六％的酒。僧侶和藥劑師會將藥草加入生命之水，當做珍貴的藥品使用，而席捲歐洲的鼠疫也成為生命之水（蒸餾酒）普及的契機。即使在鼠疫疫情消退後，歐洲人依然保留了喝蒸餾酒的習慣，尤其是高酒精濃度蒸餾酒所具備「可以快速喝醉」的特性，擄獲了許多人的心。

〔酒與靈魂密不可分〕

十二世紀左右，愛爾蘭首度釀出有「聖水」之稱、以穀物為原料的蒸餾酒「威士忌」。到了十六世紀，威士忌在蘇格蘭已十分普及。

在大航海時代，船上原本載運的是葡萄酒和啤酒，但蒸餾酒不僅所占空間較小、讓船上可以裝載更多酒，而且較不易腐敗，適合長期保存，因此取而代之。

十七世紀，英國、法國、荷蘭在加勒比海群島開始種植可以製糖的甘蔗，為了獲得更多勞動力，奴隸貿易因此變得興盛。可用來交換非洲奴隸的物品包括了布料、貝殼、金屬器具、水壺、銅板等物品，其中最貴重的是布料，不過蒸餾酒（葡萄酒蒸餾而成的白蘭地）也深受喜愛。

此外，利用生產砂糖時產生的副產品糖蜜釀製、既便宜又濃烈的蒸餾酒（蘭姆酒）也大受歡迎。蒸餾酒就這麼隨著大航海傳遍全世界，滲透人們的生活。

就這樣，世界各地出現了威士忌、白蘭地、伏特加等各式各樣的蒸餾酒，我們也才得以品嘗有著各種風味的烈酒（spirits，即蒸餾酒。是的，烈酒和靈魂是密不可分的）。

〔乎乾啦與酒精中毒〕

假使你持續喝酒、喝到超出身體的解毒能力，會發生什麼事呢？

首先，血液裡的乙醇含量會增加，超出腦部皮質負荷後，邊緣系統、小腦、腦幹等其他部位就會開始麻痺。若繼續再喝下去，就會一步步從酒醉、爛醉，到昏迷，甚至致死。這種現象就稱為急性酒精中毒。

人喝下的酒精大約需要三十分鐘才會抵達腦部。如果開始喝酒後，因為感受不到醉意而一杯接一杯持續喝下肚，等時間一到，血液中的酒精濃度就會迅速升高，造成突然失憶等症狀，最糟糕的狀況就是死亡。

一開始還能大聲喧譁的人，如果出現走路東倒西歪、腳步踉蹌、口齒不清，就別再喝了。雖然現在這種例子已經減少了很多，但要是強行勸酒、強迫乾杯的話，絕對有致死的可能；尤其是一口氣乾杯，其實是非常危險的行為，千萬不能做。

人一旦酗酒，肝臟就會損壞，而飲酒也會提高引發社會問題的風險。更嚴重的是，一旦開始喝酒，腦部就會陷入「煞車失靈」的狀態，無法停止攝取酒精，為職場和家庭帶來各種問題。

的確，不論是下班後、運動後、和親朋好友談話時，或想紓解平日壓力時，酒都是我們最棒的摯友；但別忘了，它有時也會搖身一變，成為侵蝕身體與心靈的惡魔飲品。


〈第10章　金屬孕育出的鐵器文明〉

〔現代金屬多采多姿〕

丹麥考古學家克里斯蒂安．湯姆森（Christian Thomsen）將人類文明大致區分為「石器時代」（再分為舊石器時代、新石器時代）「青銅器時代」「鐵器時代」這三大階段。

之所以分成這三個階段，是時任古代北歐博物館（丹麥國立博物館前身）館長的湯姆森，將館藏依照工具（尤其是刀具）材質的變化為基準，分成石、銅、鐵三類展示，而這項分類也一直沿用至今。

人類文明是由石器逐漸進展至金屬器，即使是現代，仍處於鐵器文明的延長線上。金屬可以任意加工，且質地堅硬，實用性也很高，讓文明得以大幅進展。金屬器一開始是青銅為主，後來發展到鐵，再後來才由鐵和碳合成的鋼當上主角。鋼的質地堅硬強韌，是製作工具、武器、機械和建築的材料。

鐵也可以和其他金屬製作出性質優異的各種合金，由此可見鐵的用途十分廣泛。就目前來說，產量最多的金屬無疑是鐵，其次則是鋁和銅。

〔鐵曾比黃金更貴重〕

自然金屬（native metal）包括金、鉑，還有少許的銀、銅、汞等等。這些天生就以其元素形態純粹存在的金和鉑，又稱為自然金、自然鉑。它們的特徵是活性較低、較不易變成金屬離子（離子化）。

金屬在離子化的過程中，原子會失去電子、變成陽離子；另一方面，氧原子和硫原子很容易獲得電子、形成陰離子。前面提過，大部分金屬會與氧或硫等元素結合，這是因為帶正電的陽離子和帶負電的陰離子，會因為正負電荷的吸引而結合，形成氧化物或硫化物（礦物），所以大多數金屬才會以這種姿態存在於自然界裡。

離子化傾向較低的金屬難以形成陽離子，主要以「自己人跟自己人玩」的自然金或其他自然金屬存在；即使形成陽離子，也很難與其他陰離子結合；就算結合後，也很容易分離，終究還是會變成自然金屬。 另一方面，在冶煉鐵出現之前，來自太空的鐵隕石（主成分為隕鐵）是最主要的金屬鐵來源，但數量非常少，所以比起黃金，鐵在古代是更為昂貴的金屬。古希臘的歷史與地理學家史特拉波（Strábôn）在著作《地理學》中，記載著金與鐵的兌換比例為十比一。這是因為當時的鐵主要來自隕鐵，非常貴重之故。

古代社會最早使用的金屬是金和銅。黃金主要用於製作裝飾品。西元前三五○○年左右，美索不達米亞和埃及進入了青銅器時代。克里特島的克諾索斯王宮，曾在約西元前三○○○年左右使用過銅；考古學家還曾在埃及金字塔內發現距今約五千年前的銅製水管。

〔閃亮亮的東大寺大佛〕

進入鐵器時代後，銅依然做為貨幣、餐具廚具及工藝品的材料，持續為人類所用；在日本，甚至還因為銅的發現而改了年號。日本元明天皇在位的慶雲五年（七○八年），有人在武藏國秩父郡（現今埼玉縣秩父郡）發現了日本第一顆銅礦石，並獻給了朝廷。這是露天開採出來的高純度自然銅。

這件事促成日本鑄造第一種流通貨幣「和同開珎」。由於自然銅的發現非常值得慶賀，因此和同開珎發行的當年，便改年號為「和銅元年」。此外，在和同開珎之前雖然也發行過富本錢，卻未廣為流通。 七五二年，東大寺大佛鑄造完成後的整修工程結束，正要開始進行鍍金作業。

根據紀錄，當時用了五百噸銅、二．五噸的汞和四百多公斤的黃金。一九九一年，東大寺境內發現了全世界最大的熔爐，推測約可容納六噸的銅。在爐內將金屬熔化後，把熔融的金屬倒入事先做好的鑄型裡。

大佛的鑄造完成於天平勝寶元年（七四九年）。那一年，陸奧國遠田郡（現今宮城縣遠田郡）挖出了黃金，並獻給朝廷。當時在位的聖武天皇大為欣喜，便為這尊大佛鍍上金。

閃耀著金色光輝的大佛，於天平寶字元年（七五七年）正式完工。當時的鍍金法，是在物體表面塗上將黃金溶於水銀所製成的「金汞齊」，再用炭火使汞蒸發。但汞蒸氣非常危險，很容易引起中毒。

〔《魔法公主》裡的古早製鐵法〕

製鐵技術是從古羅馬所在的東方向南傳到印度，經過中國江南一帶（長江周邊）後再傳至日本。中國南方雖然盛產青銅器，但也懂得製鐵；另一方面，根據推測，日本最早開始製鐵的時代，大約是在西元前三世紀到三世紀中期，也就是彌生時代的後半至晚期。

日本傳統的製鐵方式稱為「吹踏鞴製鐵法」，是將原料和木炭放進熔爐裡點火燃燒，再用風箱送風以提高火力的精煉方法。

宮崎駿導演的動畫電影《魔法公主》，就是以中世紀的日本製鐵村落（電影中稱為「達達拉」，即「吹踏鞴」的日語發音）為背景。電影中有一幕，是朝氣蓬勃的女性成群踩著大型踏板的場景，那塊踏板所連接的，就是將空氣送入煉鐵爐的風箱。這項工作其實非常粗重，一般來說不會由女性擔綱，不過這一幕確實完整描述了吹踏鞴製鐵法的情景。

吹踏鞴製鐵法會在爐裡交互放入砂鐵（磁鐵礦的細小結晶顆粒，主成分為氧化鐵）和木炭，一旦點火，就必須不眠不休地煉製。由於熔爐最後會毀壞，所以每次煉製都要重新打造。用這種方式所製成的鐵塊稱為「鉧」，其中包含了各種品質的鐵與礦渣，當然也有質地優良的鋼（稱為「玉鋼」）。

日本刀便是以「玉鋼」為原料，燒紅後錘打延展，摺疊起來再繼續錘打，不斷重複同樣的步驟十幾次。順便一提，鉧和其他部分會在一個叫做「大鍛冶場」的地方鍛造，做為菜刀和其他工具的原料。

這種製鐵法在十九世紀後半達到巔峰，但因為需要大量的勞動力，後來被使用高爐的西式製鐵法取代，直到一九二○年代徹底消失。

〔拿破崙三世和鋁〕

除了鐵，使用量最多的金屬就是鋁。鋁因為重量輕、易加工，也具有耐腐蝕性，因此常用來製造部分車體及建築物、鋁罐、電腦和家電產品的機體等，用途相當廣泛。鋁之所以能耐腐蝕性，是因為表面暴露在空氣中氧化後，會形成一層緻密的氧化鋁膜，保護內部不再繼續氧化。此外，這層氧化膜還可用人工方式加厚，進一步提高耐腐蝕性（例如鍋具等容器和鋁門窗等建材，這道工序稱為陽極處理）。

順便一提，鋁在地殼中的含量比鐵更多，但是被當成金屬材料開採出來，卻是很後來的事，為什麼會這樣呢？ 可獲得金屬鋁的原料，是一種稱為鋁土礦（又名鋁礬土）的橘紅色礦物，精製過後才能提煉出氧化鋁（礬土），但鋁的離子化傾向較高，和氧的連結非常緊密。如果想從鐵礦石中提煉出鐵，我們可以利用焦炭來做到這一點；但焦炭卻無法讓礬土產生任何反應。

鋁是在一八二五年時，由丹麥物理學家漢斯．克里斯蒂安．厄斯特（Hans Christian Ørsted）發現的；一八二七年，德國化學家弗里德里希．維勒（Friedrich Wöhler）成功提煉出比厄斯特所獲得純度更高的鋁。

他們在提煉過程中所使用的，都是離子化傾向比鋁更高、與氧結合力更強的鉀。先是透過電解法，連接好幾個由伏打發明的電池，電解出少量的鉀，然後將鉀和氯化鋁混合在一起加熱，鉀就會和氯化鋁中的氯產生反應，形成氯化鉀，並得到純度較高的鋁。

當時的鋁和金銀一樣，屬於貴重金屬。拿破崙三世還要求裁縫師為自己的上衣製作鋁釦。不僅如此，招待重要貴賓所用的是鋁製杯盤，普通的賓客只能用黃金製的餐具。從現代的眼光來看，會覺得「怎麼有這種事」，不過應該就是物以稀為貴吧。對拿破崙三世而言，比起隨處可見的黃金，使用鋁製餐具才是最頂級的待客之道。

一八五五年，參加巴黎萬國博覽會的人們第一次見識到鋁這種擁有「從黏土中取出的銀」之稱、閃耀著銀白色光輝的輕巧金屬，無不感到目眩神迷。這是那次萬國博覽會的一大亮點，連日吸引大批人潮前來觀賞。

後來，鋁之所以能便宜且大量生產，必須歸功於美國發明家查爾斯．馬丁．霍爾（Charles Martin Hall），和法國化學家保羅．埃魯（Paul Héroult）兩人。

礬土的熔點高達約攝氏二○七○度，就算用電解的，也會遇到無法變成液態（無法製造出電解液）的問題。兩人認為，應該還有其他可以熔融礬土的物質才對，於是進行了各式各樣的實驗。

這兩人都著眼於開採自格陵蘭的乳白色礦物「冰晶石」（主成分為六氟鋁酸鈉），其熔點約為攝氏一○○○度。將冰晶石熔融後，加入氧化鋁（大概有一○％會溶解），再使用電解法，陰極處就會出現鋁──這是因為鋁離子可以從陰極得到電子，變成金屬鋁的緣故。

這項在一八八六年進行的實驗，最早是美國發明家霍爾開始的；沒想到兩個月後，法國化學家埃魯也發現了同樣的方法。兩人各自發現了同一種方法，並在各自國家獲得專利；兩人還都同樣出生於一八六三年，也同樣在五十歲去世，這是多麼奇妙的巧合。現在的工業製鋁法，依然採用霍爾和埃魯發現的方法。 由電解取得金屬的製造原理，也應用在鎂和其他金屬的提煉方法上，就此揭開輕金屬時代的序幕。

〔稀有金屬問題〕

關於金屬材料，一直都有「稀有金屬問題」。誠如字面上的意思，稀有金屬指的就是稀少罕見的金屬；而這裡所謂的「稀有」，定義是「有工業需求但難以取得」。這個名稱是相對於鐵、銅、鋅、鉛、鋁等現代社會大量使用，且產量高、通用性高的基本金屬（common metal）而言。

稀有金屬的定義並沒有全球統一的標準，而難以取得的原因包括蘊藏量太少、加工或提煉困難、生產國家極少等等。

稀有金屬在最新的工業技術當中扮演了非常重要的角色，它是製造業不可或缺的資源。只要在材料裡添加少量稀有金屬，性能就會大幅躍進，所以又有「工業維他命」之稱。稀有金屬主要的功能在於磁性、觸媒、工具強度提升、發光、半導電性等等。利用這些功能的機器包括手機、數位相機、電腦、電視、電池、各式電子儀器等。要製造出這些豐富我們現代生活的必備機器，稀有金屬是不可或缺的材料。

舉例來說，用稀土元素的釤製成的強力永久磁鐵，成功縮小了馬達的體積，也是讓輕薄短小的電子儀器得以問世的功臣。現在號稱擁有最強磁力的永久磁鐵「釹磁鐵」，主要成分就是鐵、硼和釹，而釹也是一種稀土元素。

稀有金屬的主要產地為中國、俄羅斯、北美、南美、澳洲、南非等地。產量最大的中國，將稀有金屬定位成國家重要戰略資源之一。比方說，二○一○年在釣魚臺海域發生了中國漁船與日本巡邏船相撞事件，導致中日關係惡化，中國政府就限制對日出口稀有金屬，做為反制的手段。

因為中國的出口限制，使得許多國家無法取得稀有金屬，導致原料短缺、影響生產。近年來，許多國家為了得到穩定的稀有金屬供應管道，正逐漸拓展與其他國家的合作關係，以降低對中國的依賴。

為了更有效率運用蘊藏量有限的稀有金屬，除了回收再利用，也需要具備相同功能的金屬做為替代品，以節約稀有金屬的使用量。現在，稀有金屬的替代技術仍在研究開發中。


〈第15章　浮在石油上的文明〉

〔合成纖維問世〕

一九三八年，史上第一種合成纖維「尼龍」，隨著宣傳文案「製造原料就像煤炭、水、空氣般隨處可見；如鋼鐵般堅韌，如蜘蛛絲般優美，比任何天然纖維都更富有彈性、散發著美麗光澤的纖維」正式問世。它強韌、輕巧又有彈性，觸感如絲綢，不但耐磨耗，又抗化學藥品，不易吸水，清洗後可以快速晾乾。

關於「尼龍」（nylon）一名的由來，最可信的說法是來自「no run」（不跑→不脫線）的諧音。尼龍因製成不易脫線的女用絲襪而聞名，也取代了在這之前最普遍的絲製襪子，頓時成為熱門商品。附帶一提，現在的美國女性會直接稱絲襪為「尼龍」。

尼龍的發明人，是美國杜邦公司的有機化學研究主管華萊士．卡羅瑟斯（Wallace Carothers）。杜邦公司為了挽救美國落後的化工業，非常重視基礎研究（簡單來說，基礎研究是無法立刻商品化的研究，目的在於探究真理），招攬了許多優秀的年輕化學家，卡羅瑟斯就是其中一人。當時擔任哈佛大學有機化學講師的他，在一九二八年、年僅三十二歲時，即出任杜邦公司有機化學研究主管。

卡羅瑟斯的基礎研究主要以盡可能製造出大分子（高分子）為主。他動員整個研究團隊，要求他們能找到多少「低分子量，且有可能多數結合（聚合）成高分子的物質」，就盡量聚合多少。

一九三○年，卡羅瑟斯團隊裡的另一名研究者朱利安．希爾（Julian Hill）合成了聚酯（polyester），它具有不輸給棉的強韌度，但不耐熱也不耐水，所以未能實用化。不過到了現在，聚酯不但有很多種類，也擁有很出色的性質。

後來，杜邦公司的化學部部長波頓（Elmer Bolton）非常關心研究的進展，要求卡羅瑟斯的研究團隊研發出具有商業價值的合成纖維。雖然卡羅瑟斯提出抗議，表示自己是為了做基礎研究，才答應進杜邦公司，但後來還是屈服了。

接下來，卡羅瑟斯的團隊隨機嘗試了數百種組合。不放過任何可能性的結果，由己二胺和己二酸合成的「尼龍」（尼龍66。兩個「6」意指己二胺和己二酸各自所含的六個碳原子）終於誕生。

尼龍種類繁多，目前大量生產的主要有尼龍66和尼龍6（也稱為聚己內醯胺）。

〔聚酯、尼龍、壓克力〕

後來，科學家又陸續製造出其他合成纖維。聚酯、尼龍、壓克力（聚丙烯腈）被稱為「三大合成纖維」，它們的全球生產量，占所有合成纖維高達九八％，聚酯更是占了全體的八成以上。

聚酯擁有類似羊毛的觸感，有出色的耐熱性、耐磨耗性；耐洗滌，也耐化學藥品。由於它幾乎不吸水，所以清洗後很快就會變乾，可以直接穿著。將聚酯塑形後加熱，就能輕易固定形狀，可事先做出褶紋或褶痕（永久褶型加工）。

將呈直鏈形的高分子紡成纖維，就成了聚酯纖維；將分子隨機塑造成立體形狀，就成了塑膠（合成樹脂）。事實上，聚酯纖維和寶特瓶（PET）的原料是同一種化合物。PET是聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate）的簡稱，它也是聚酯的一種。

因此，若想重複利用寶特瓶，其實只要將寶特瓶粉碎後加熱，再織成纖維狀的聚酯纖維，就能製成襯衫等衣物了。

〔什麼是塑膠？〕

我們的生活周遭充斥著塑膠（合成樹脂）。舉凡電視、電腦、電話的機體外殼，還有文具、餐具、包裝材料……許多物品都是由塑膠所製成。

塑膠具有輕巧、不易腐蝕、可量產、便宜、不易導電導熱等性質，加熱加壓後還可以任意塑形。

塑膠對各種產業而言都是非常實用的材料，因為它可以根據用途，隨心所欲地進行設計和製造。依塑膠對熱的性質差異，可分為熱塑性塑膠和熱固性塑膠：加熱後會變軟，冷卻後會變硬的稱為「熱塑性塑膠」；至於加熱前很軟，一旦加熱後就無法再變形的稱為「熱固性塑膠」。

目前生產的塑膠絕大多數都是熱塑性塑膠，產品以薄膜和膠片為主，也能製成容器、機械器具零件、管子、聯軸器、發泡製品、日用品和雜貨、建材等物品，可說是琳瑯滿目。此外，只要加入不同的助劑（如塑化劑、著色劑、防氧化劑、潤滑劑、抗靜電劑等），能製造出的產品性質就更廣泛了。

〔什麼是四大塑膠？〕

現在產量最高的塑膠依序是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯，統稱為「四大塑膠」。

除了四大塑膠之外，還生產出了尿素甲醛樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、醇酸樹脂、美耐皿（三聚氰胺─甲醛樹脂）、氟化樹脂等各式各樣的塑膠，各有不同用途。這些塑膠的原料大多是從天然氣和原油分餾出來的石油腦（粗製汽油）中所含的烴類。因此，在有豐富天然氣資源的美國，石油公司才會與塑膠工業合作研發和製造新產品。

在第二次世界大戰中，塑膠做為飛機、雷達等電波武器的材料，以及橡膠的替代品，獲得迅速發展的機會；到了戰後，則化身為生活中的各式日用品。

一九三九年，英國奠定了合成聚乙烯的技術──用高溫和一千個標準大氣壓以上的高壓進行聚合，而用這種方法製造的聚乙烯就稱為「高壓聚乙烯」。一九五三年，開始採用齊格勒觸媒（Ziegler catalyst，由三乙基鋁和四氯化鈦組成）後，就可以用接近常溫的溫度和只有幾個氣壓的低壓來聚合乙烯。用這種方法製造的聚乙烯稱為「低壓聚乙烯」。

低壓聚乙烯不像高壓聚乙烯，具備的是不分支的高分子結構（直鏈形結構），密度和硬度都很高，也適合塑形。由於兩種塑膠的密度不同，所以高壓聚乙烯又稱為低密度聚乙烯（LDPE），低壓聚乙烯又稱為高密度聚乙烯（HDPE）。

LDPE的結晶度低、密度低，可以呈現透明柔軟的質感，多用於製造塑膠袋和膠片。

另一方面，HDPE的結晶度高、密度高，呈現的是略顯半透明且堅硬的質感，多用於製造輕巧的硬質容器。用途包括食品容器、瓶子、塑膠桶、燈油罐、箱子、菸斗等，以及塑膠袋、垃圾袋、購物袋、包材、淋膜紙所用的薄膜、垃圾桶、蓋子、管線等。

一九五四年，丙烯的聚合開始採用納塔觸媒（Natta catalyst，三乙基鋁和三氯化鈦）合成聚丙烯。聚丙烯是一種更輕巧的塑膠，適合加工，所以也能用來製造管線和容器。

聚氯乙烯是在一九二七年，由美國聯合碳化物公司開始進行工業化生產。聚氯乙烯的單體，是將乙烯中的一個氫原子替換成氯的產物。它不易燃燒、耐久性佳，也很耐油和化學藥品，可用於製造各種管線（聚氯乙烯管）、電線被覆層等建築相關材料，和農業用塑膠布等各種物品。它在常溫下質地堅硬，但添加塑化劑後就會變軟，可以任意調整硬度、塑造成多種形狀。

聚苯乙烯是一九三○年時在德國開始進行工業化生產。苯乙烯是將乙烯中的一個氫原子替換成苯環的產物。由於苯環的性質十分穩定，所以聚苯乙烯的質地較硬，多用於製造容器和緩衝材料。

發泡聚苯乙烯（保麗龍）是在聚苯乙烯裡添加發泡劑（氣態丁烷和正戊烷等）、並使其硬化的產物。產生於內部的氣泡造成許多細微的縫隙，所以重量輕，也有很好的隔熱性，還能耐衝擊和防水。發泡聚苯乙烯價格便宜，容易塑形，廣泛用於製造食品包裝盤、泡麵碗、海鮮保冷容器、建築用隔熱材、包裝用緩衝材等等。

〔直到海枯石爛──塑膠垃圾問題〕

塑膠的確非常實用，但它的優點即是缺點，其韌性和強度正是衍生出使用後各種問題的原因所在。

自然界很少有微生物可以分解塑膠，所以塑膠會一直留存下來。由於許多塑膠垃圾的體積很大，非常占位子，因此成為掩埋場空間嚴重不足的元凶。此外，四散在自然環境中的塑膠產品，大多都無法回收，例如纏在水鳥腳上的魚線、堆積在海龜等海洋生物體內的塑膠袋和塑膠微粒（因水流或紫外線照射而粉碎、顆粒直徑在○．五公分以下的塑膠）等，不但嚴重威脅野生動物的性命，也會傷害環境。

因此，化學家進一步研發出「生物可分解塑膠」。這種塑膠的使用方式和一般的塑膠並沒有不同，但生物可分解塑膠能在自然界的微生物作用下，逐步分解成水和二氧化碳。其中一種材料就是「聚乳酸」，這是由發酵後的乳酸聚合而成的產物，性質和聚苯乙烯與PET很相似，在一般的使用環境下並不容易分解。一張A4大小的聚乳酸膜，只要大約十顆玉米粒就能製成，但目前價格偏高，而且進行生物分解的條件之一，是攝氏五○度以上的環境；換言之，很難在海洋等較低溫環境中分解，這是它最大的缺點。

今後，便宜又能大量生產和使用的塑膠必須徹底減少，也需要更進一步尋求研發生物可分解塑膠的方法。