推荐序

preface

邓耿博士发来他的新书书稿——《给孩子的化学元素课》，并请作序。我以为，这个选题很好。青少年具有很强的好奇心，他们想知道周围的世界为什么是这样子的，物质是从哪里来的，物质之间是怎么转化的，等等。这本书在很大程度上回答了这些问题，是一本适合青少年阅读的优秀科普著作。

我们周围的物质世界种类繁多，五光十色，千姿百态。但从本质上讲，它们都是由分子组成的，而分子是由原子组成的。我们穿的衣服、吃的食物、住房和交通工具所用的材料也不例外。原子的种类并不是很多，最新的元素周期表共有118种元素，这还包括了人造的、寿命很短的元素。地球上天然存在的元素种类只有94种，常见的、与人们衣食住行密切相关的元素数目则更少。邓耿这本书的故事虽然只讲到54种元素，但内容已经非常丰富，可称作琳琅满目了。

就拿衣食住行的“食”来说，老百姓有个说法：“吃什么补什么。”虽然这个观点被认为科学性不强，但从物质的元素组成的角度看是有一定道理的。比如吃鸭血汤，因鸭血中的血红蛋白富含“铁”元素，而人的血红蛋白也离不开铁（有一类贫血被称作缺铁性贫血），进食鸭血汤能起到补血的作用。与此相关，从补铁的角度看，用铁锅（不锈钢锅）炒菜、使用不锈钢餐具进食应是上策。相较而言，使用铝制炊具就没有这个益处了。高蛋白食物被认为是健康食物，从元素的角度看，这可以看作补“氮”，在科学层面可以与植物的“氮肥”作类比。众所周知，蛋白质是由氨基酸组成的。其中，有八种氨基酸（赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸）被称作“必需氨基酸”，它们不能被人体合成或合成速度不能适应机体需要，必须由食物蛋白质供给。那么，我们身体的哪个组织的哪个蛋白质合成中需要这些氨基酸，而又是哪些蛋白质食物富含这些氨基酸呢？对这一组涉及供体和受体的问题，“吃什么补什么”从这个角度讲是正确的。

前面提到了氮肥，它与磷肥和钾肥一起构成了农作物的三大主要肥料。这正是从元素的角度谈论农作物的肥料的，它们是植物生长所必需，而从土壤和空气中摄取常有不足、需要额外补充的元素。三种元素中，“氮”主要用于蛋白质的合成，“磷”主要用于核酸和细胞膜磷脂的合成，“钾”是细胞膜上钠钾泵工作的基本物质，用于维持细胞内外的电解质平衡。有些小伙伴可能听大人说过草木灰可以作为钾肥，而非氮肥和磷肥。究其原因，在燃烧植物体（比如秸秆）的过程中，氮元素和磷元素与碳、氢等元素一样变作气体，飞到空气中了，而钾元素则主要变作无机盐或者氧化物留在灰烬中了，因此可担当钾肥的重任。

身边涉及化学元素的例子比比皆是。手机、笔记本电脑和电动汽车目前多使用锂离子电池驱动，这里的“锂”是大自然中原子质量最轻的金属元素。“氧”是维持生命最重要的元素之一，占人体总重量的大约65%。人可以若干天不吃饭、不喝水而生命无虞，但如果几分钟不呼吸，生命就要停止，可见氧气对生命的重要性。我们也曾听到过河湖污染，蓝藻绿藻泛滥的新闻报道。究其原因，社会工作者会说含磷洗衣粉的使用是罪魁祸首。从科学上刨根问底，“磷”是遗传物质核糖核酸中的重要元素，含磷洗衣粉溶液与污水一起排入湖中，将助推藻类的生长。明白了这一点，就可以理解为什么解决方案是推广使用无磷洗衣粉了。

近年来，小伙伴们一定听过一个被称作“双碳”战略的国家发展战略。这里的“双碳”是指碳达峰与碳中和，具体而言，是我国政府于2020年9月在联合国大会上郑重提出，中国力争在2030年前实现碳达峰（二氧化碳排放量达到最大），2060年前实现碳中和（二氧化碳排放量与消除量持平）。这里的核心词“碳”是一种非常重要的化学元素，它是动物、植物等生命的核心元素。埋藏于地下的动物、植物和藻类等生命体经过复杂的化学变化，成为最重要的化石燃料——石油、煤炭和天然气；化石燃料经过燃烧释放出能量服务于人类，自身变成了二氧化碳，被排放于空气中；二氧化碳在植物等物种的光合作用下转化为葡萄糖，又成为生命物质。这几句话是对非常复杂的碳循环的一个简单描述。18世纪的第一次工业革命以来，化石燃料的过度使用造成了二氧化碳的过量排放，空气中二氧化碳的大量增加带来了温室效应以及地球变暖、冰川冰山融化、海平面上升等。因碳循环的破坏而带来的全球性气候问题被认为是当今世界最大的环境问题。正是基于这样的背景，我国政府提出了“双碳”战略目标，倡导大家采用绿色、环保、低碳的生活方式。

通过上面这几个小例子可以看到，认识化学元素，了解它们的来龙去脉，对于深入认识我们自身和周围世界、看懂新闻报道、理解国家发展战略、选择升学就业的领域，甚至确立人生发展目标都是很有裨益的。从这个角度讲，邓耿的《给孩子的化学元素课》是为青少年量身定做的科普读物。

邓耿博士具有很好的文理基础。他本科就读于清华大学化学系的化学生物学专业，其后在化学系获得了物理化学专业的博士学位，理科基础坚实。他的文学造诣颇深，文字基础是同辈人中的佼佼者，毕业后在清华大学写作与沟通教学中心工作，为全校本科生开设通识写作课。他常写诗作赋，每年春节和教师节都会给我发送新创作的对联祝贺。

这本书是邓耿继《化学基础论（少儿彩色版）》和译作《化学基础论》之后的又一部力作。全书集知识性和趣味性于一体，图文并茂，可读性强，是一本适合青少年阅读的科普佳作。如果把书与中学化学课程匹配，效果一定更好。

清华大学教授、博士生导师

尉志武

2023年10月