# 55《大師說化學》：被污名化的學科

承接 #54 的開頭，被化學所的學長推薦的兩本書中，另一本就是《大師說化學》。比起上一本《超乎想像的化學課》談歷史，這本《大師說化學》更像是在談之前提到的原子分子議題、有機無機化合物議題，換到現在的時空背景下要怎麼實際解決！

書中涵蓋篇幅眾多，可以小篇小篇閱讀，內容包含分子鑑定、化學表達方式、反應機構、化學與社會、分析與合成等等。內容讀起來像是回到了高中，甚至更深層地把以前學的概念都串了起來！但我相信各位看倌對這麼硬的內容可能不太感興趣，所以我會丟出疑問，以書中概念來進行回答！

以一顆石頭為例，天然物裡含有許多更小的物質，甚至每顆石頭都略有不同，因此石頭是「不純的」，換成化學的術語，就是它是由許多化合物組合而成的混合物，要辨別裡面的物質可以試試氣相層析儀。

氣相層析儀中有一根外觀看似線圈的極細銅管稱為層析柱。在層析柱中填充具有吸附功能的物質（矽膠、活性碳）作為固定相，在混合物加熱氣化後，以不活潑的氣體（氮氣、二氧化碳）作為流動相，加壓推動混合物進入層析柱。混合物中不同的化合物因為分子大小、極性不同，在固定相中流速不同，因此流出層析柱的速度也不同，多種化合物因此分離，最後由檢測器顯示檢測結果。

檢測結果可以形成上面這張圖。橫軸表示在什麼時間點流出層析柱，縱軸表示物質濃度。也就是說，縱軸部分突起表示有物質流出，橫軸表示在那個時間點上。因為上圖有 39 個尖峰，所以我們可以推斷該物質至少有 39 種化合物。

選取其中一段簡單的化合物，如果他們規規矩矩地在常溫下重新結晶，科學家們就能使用 X 射線繞射儀，將 X 光打在結晶上後散射，產生繞射的圖樣，並根據繞射結果推斷原本的分子形狀以及原子間的間距。

另外大家可能有聽過的質譜法 (利用質量-電荷比)、光譜法 (利用吸收或放射光譜)、核磁共振光譜等作法分析化合物，每個作法都有其強項，也有無法測量到的地方。科學家們以種種物理測量的檢測結果為底，給出相對應的解釋，再經由這些線索，最後才能完整拼湊出化合物的全貌。

在分子鑑定的過程中，我們知道該分子中有哪些原子、原子間的間距、角度等等，但坦白說三維的空間超難畫的，更何況電子繞行原子核外圍的軌域上，每個時間點的位置都不一樣。我們要怎麼表達我們發現或者理解到的立體分子？這個問題就如同問我們該怎麼做到分子視覺化？

在國高中時期學過最基本的分子表示法如實驗式、分子式、各種的結構式、立體的球棍模型、空間填充模型，甚至更詳細的電子分佈表示法，這些都是表達的方式。但哪一個才正確呢？每個都是，也可以每個都不是。原因在於它們都是「模型」，沒辦法表現分子最真實的樣子，但我們可以透過分子表示法去與他人溝通、發現該分子的某些性質。

看到一個分子，很自然的會想：它從哪裡來？我可以怎麼備製？它又可以變成什麼？基於這個問題我們要來探討反應機構。反應機構是指經由一連串不可化約的簡單化學步驟，把分子轉變成另一種分子的行為。你可以想像把雞蛋、麵粉、糖、奶油變成蛋糕的過程，食譜就是反應機構。

了解反應機構，對人類最大的好處就是可以將其製作工業化，例如最早在實驗室觀察並發展出來的哈柏製氨法，工業化後用於有機氮肥的製作上，幫助植物們可以長得更快更好，解決世界所面臨的糧食危機。

不僅如此，了解反應機構，能夠幫助我們增加產出，例如透過改變溫度、壓力或者使用催化劑都能打破原本保持化學式保持平衡的狀態，使反應機構傾向於某一側，如工業製氨想的必然是如何增加產率、純率等等。

大部分反應機構的研究，原是出於好奇心或者希望可以幫助社會什麼的，但生活在現實不得不考量商業上的因素。哈柏製氨為世界上的人們帶來更豐足的食物，是化學研究帶給我們的禮物，但誰說化學帶給我們的禮物一定是好東西？

早期由於藥品管制不嚴格，便有商人宣稱自家的產品「沙利竇邁」具有良好的鎮靜效果，同時請一些人來背書，但不巧的是，具有鎮靜效果的是沙利竇邁的光學異構物，而沙利竇邁本身對人體是有害的。結果這樣的鎮靜劑流入市面，許多母親在懷胎期間服用，生出了各種畸形兒，當要咎責時才一舉揭穿了後面的假論文做的研究不夠詳細。商品下架，能賠償的賠一下，風波也算過去了。這件「有意之過」所造成的，除了許多人一出生就要面臨身障，更多的是對於整個家庭的負擔與痛苦。到現在藥品或疫苗要上架，除了必須通過三期的臨床試驗以外，對於藥品還要檢查其所有的異構物，這樣才確保了沙利竇邁的事情不會再度重演。

前面有善意結成的善果、惡意結成的惡果，那善意造成的惡果該怎麼去評斷呢？

以農藥而言，最初要面對的問題是：「全世界糧食不足，我要如何提高生產量？」所以殺菌、抗蟲一定是當時的主要目的。確實因為農藥的出現，糧食生產率大幅提高，但十年、二十年下來，慢慢累積的物質也對土地造成了傷害。那農藥是好還是不好？要用還是不要用？環境人士可以大聲疾呼土地很重要，禁用農藥，可是農民要生存，現在的產量薪水都不算高了，不用農藥、產量再縮下去還得了？

人類喜歡將事情簡化，看成只有要與不要。但是在《雙贏談判課》我們曾提過，面對任何選項，我們最關心的應該是 — 雙方最重要的目標或利益，再去想符合雙方的作法。例如農藥的例子裡頭，農夫沒有辦法自行研發農藥，可是他們需要生存；環保團體沒有辦法控制土地使用，可是他們想要土地健康。那有沒有可能取個折衷的辦法，由環保團體提供一種新的防治害蟲的方法請農民使用？

【 化約主義與實用主義 】
化約主義者認為，所有的事情應該要了解背後的原理與機制，使用上才能真正安全。相反地，實用主義者認為東西有效、能解決問題才是最重要的。舉例來說，中醫的一些原理目前還沒有明確的機制依據，那要不要相信中醫就是個人的問題，畢竟人家的經驗法則表示有效。同樣的問題套在化學家、藥學家身上也是一樣。

就如同面臨 COVID-19 要製作疫苗，大部分都有其根據，卻也有些不確定的因素，你是要像化約主義者一樣，確定疫苗完全不會出事才敢打；還是要像實用主義者，發現能夠有效預防重症就趕快施打？

在現實中面對這樣棘手的問題，大部分的人選擇中間 — 雖然理論上有效，但還是要經過一期和二期的臨床實驗後才開放給大批人使用。

【 階級制度與民主化 】
在還沒有化學工業的年代，自然界許多稀有物質如靛藍染料，象徵著貴族們的地位。隨著工業化的發展，許多工廠都開始有能力生產靛藍染料，也就推動了許多衣服可以有靛藍色，像牛仔褲，這種染料就順利被普及化。

普及化所代表的概念其實是一種去階級，想想以前不管是知識、某種金屬或染料都是某些貴族所擁有，但到了現在，全民義務教育讓所有人能夠閱讀、黃金變成市場上的一種通貨、染料的發展讓人們不再有穿著藍色是貴族、金色是皇帝的想法。

去階級讓人們的權力平等化，進而有機會體現民主。畢竟在資源稀少的年代，先活下去才是重點，公民的參政權利義務什麼的根本難以去想，更何況握有資源的人會建起區隔的高牆，不讓別人傷及自己的權益，同時享受著壓榨別人的成果。

【 自然與化學 】
熱愛環保的人們看到「含化學添加物」、「使用農藥」、「基改」往往就會感到不舒服，覺得這很不 OK。但是世界上大部分的物質都是由化合物所組成，從你的早餐、午餐到晚餐都是，但是人們卻在幾次歷史事件中（像是前面提到的沙利竇邁）將化學污名化，好像人為的任何東西都不 OK。

但我們應該看到的是，一顆蘋果本來就是由一堆化合物所組成，略為添加對人體無害的防腐劑又何嘗不可？難不成放到壞掉。對於使用農藥而言，如果將來可以發展出幾乎不會對環境產生傷害的農藥，那總可以用吧？基改的食品會影響基因池，但只要好好控制生長範圍，就應該可以吃了吧？畢竟現在也還沒有論文指出吃基改作品會對身體有害，反而可以以更便宜的價格買到商品。

【 分析與合成 】
作者認為，合成是在化學活動中是最具有特色的活動。科學家依據現有的法則、元素去合成新分子，就如同創作，以手邊現有的水彩、畫布繪出一幅新圖畫。化學的合成之所以這麼特別，在於它是如此的實際且知性，卻又會因為各種現實隱藏的因素（不知道的反應機構）使其困難重重。

化學家的創造，帶來的結果有好有壞，端看我們足不足夠了解？怎麼去使用？唯有細細觀察使用情形，才能夠讓創作發揮它更大的影響力。

這本書早在 1997 年就出過第一版了，現在我手邊是 2018 年 3 刷的版本，所以不得不說有些內容比較舊了些，但也能看到現今的化學一直在進步著。比較有趣的是，從時間點上來推算，或許這本書的出現也影響了台灣的化學教育也說不定，畢竟這本書很重視這個部分，而書中諸多內容又與課綱搭得上邊......

總之好久沒有寫科普書了，希望大家會喜歡！從它是什麼？它可以變成什麼？它所帶來的影響？等諸多問題去看待分子，我相信化學課能夠變得更有趣些！

難易度：★★★☆☆
可讀價值：★★★☆☆
保存價值：★★★☆☆
書名：《大師說化學》《The Same and Not the Same》
副標題：《理解世界的必修化學課》
作者：羅德・霍夫曼 Roland Hoffmann
出版社：天下文化