環境化學

引用

Manahan, S. E. (2022). Environmental Chemistry (11th ed.). CRC Press.

章節概要

出版社按下列順序列出 24 個章名，沒有給出節標題（此處的章號即按該順序編排）。出版社的介紹說，本書沿用了前幾版中受歡迎的體例：以五個環境圈層為基礎，並與永續性、產業生態學和綠色化學聯絡起來。章名印證了這一點，因為水圈、大氣圈、岩石圈、人類圈和生物圈各有一章直接以其命名。

第 1 章：Environmental Chemistry: An Essential Discipline in Coping with Challenges Facing Humankind（環境化學：應對人類面臨挑戰所不可或缺的學科）

開篇一章把這一主題界定為應對人類所面臨挑戰的必要學科，然後全書再轉入各個圈層。

第 2–7 章：The Hydrosphere and Water Chemistry（水圈與水化學）；Oxidation/Reduction in Aquatic Chemistry（水化學中的氧化還原）；Phase Interactions in Aquatic Chemistry（水化學中的相間作用）；Aquatic Microbial Biochemistry（水生微生物生物化學）；Water Pollutants and Water Pollution（水汙染物與水汙染）；World Water Crisis and Climate Change: Water Renovation and Recycling（世界水危機與氣候變化：水的再生與循環利用）

六章講水。先從水圈和天然水的化學講起，接著討論氧化還原反應、相間作用和水生微生物的生物化學，然後轉到汙染物與汙染，最後以世界水危機、氣候變化以及水的再生與循環利用收尾。

第 8–13 章：The Atmosphere and Atmospheric Chemistry（大氣圈與大氣化學）；Particles in the Atmosphere（大氣中的顆粒物）；Gaseous Inorganic Air Pollutants（氣態無機空氣汙染物）；Organic Air Pollutants（有機空氣汙染物）；Photochemical Smog（光化學煙霧）；The Endangered Global Atmosphere（受到威脅的全球大氣）

大氣圈所占的篇幅與水圈相同。先有一章總論大氣化學，隨後依次是顆粒物、無機氣態汙染物、有機汙染物和光化學煙霧，最後一章講受到威脅的全球大氣。

第 14–15 章：The Geosphere and Geochemistry（岩石圈與地球化學）；Soil: Earth's Lifeline（土壤：地球的生命線）

篇幅較短的一組，講固體地球：總體的地球化學，以及土壤。

第 16–20 章：The Anthrosphere: Industrial Ecology and Green Chemistry（人類圈：產業生態學與綠色化學）；Resources and Sustainable Materials（資源與永續材料）；Sustainable Energy: The Key to Everything（永續能源：一切的關鍵）；The Nature, Sources, and Environmental Chemistry of Hazardous Wastes（危險廢物的性質、來源與環境化學）；Industrial Ecology for Waste Minimization, Utilization, and Treatment（用於廢物減量、利用與處理的產業生態學）

這一組的章名承載了出版社介紹中點名的永續性、產業生態學和綠色化學等主題。順序從人類圈（環境中由人類創造或改變的部分）出發，經過材料和能源，到危險廢物，以及以產業生態學方式減少、利用和處理廢物。

第 21–24 章：The Biosphere: Environmental Biochemistry（生物圈：環境生物化學）；Toxicological Chemistry（毒理化學）；Toxicological Chemistry of Chemical Substances（化學物質的毒理化學）；Chemical Analysis in Environmental and Toxicological Chemistry（環境與毒理化學中的化學分析）

最後一組講生命系統：先是環境生物化學，再是兩章毒理化學（先講一般原理，後講具體物質），最後一章講環境與毒理工作中的化學分析。出版社稱第十一版增加了把疾病和大流行視為與氣候變化等其他問題相關的環境問題的內容，但沒有說明在哪些章節。

核心概念

第 1–7 章：總論與水

• 作為一門學科的環境化學：該領域在應對人類面臨的挑戰中的作用（第 1 章）。
• 水化學：天然水中的氧化還原反應和相間作用（第 3–4 章）。
• 水汙染與水的再生：汙染物、汙染、循環利用以及世界水危機（第 6–7 章）。

第 8–15 章：空氣與大地

• 大氣化學：大氣的化學，包括顆粒物和光化學煙霧（第 8–12 章）。
• 空氣汙染物：無機氣體和有機化合物（第 10–11 章）。
• 地球化學與土壤：岩石圈和土壤的化學（第 14–15 章）。

第 16–24 章：永續性、廢物與生命世界

• 產業生態學與綠色化學：人類圈與廢物的減少（第 16 章和第 20 章）。
• 永續材料與能源：作為永續性議題的資源與能源（第 17–18 章）。
• 危險廢物：其性質、來源和環境化學（第 19 章）。
• 毒理化學與化學分析：化學物質對生物的影響，以及用於檢測它們的分析方法（第 22–24 章）。

評析

優點

• 一冊之內覆蓋面廣。 24 章涵蓋水、空氣、大地、人造環境和生命系統，還包括永續性、產業生態學、危險廢物和毒理學。需要在一處了解整個領域的學生可以在這裡找到。
• 長期使用的經典教材。 作者簡介說明本書最初出版於 1972 年，現為第十一版，因此是一本歷史悠久的教材。
• 涵蓋分析方面。 最後一章專講環境與毒理化學中的化學分析，這一主題與作者自己的專業背景相近：其簡介說他的博士學位是分析化學。
• 有較新的專題內容。 出版社強調新增了關於病原體和疾病、過去及近期大流行病作為環境問題的內容，以及一個提供更多輔助材料的新配套網站。

局限

• 廣度重於深度。 764 頁、24 章，涉及的主題很多；需要深入研究某一圈層（例如定量的大氣建模）的讀者，需要另找專門教材。
• 未說明練習材料。 出版社的介紹提到了講解、例項和輔助材料，但沒有描述習題或例題。課程能獲得多少練習材料，需要查看實書或配套網站。
• 讀者物件較廣。 出版社稱本書適合廣泛的讀者，也適合其學位屬於其他學科的研究生，所以其水平取決於對所有讀者的普通化學基礎要求，而不是某個領域的深度先修要求。

在課程中的定位

在本課程所列的環境與綠色化學書籍中，Manahan 的書涵蓋面最廣，把五個圈層和永續性議題放在一起。Raff 和 Hites 的 Elements of Environmental Chemistry 被描述為圍繞解題展開的簡短定量入門，用到單位換算、質量平衡和反應動力學；它適合想要計算濃度、壽命和通量的讀者，可以與 Manahan 的描述性內容搭配。由美國化學會發起編寫的 Chemistry in Context 透過社會和環境問題講授化學，對化學基礎有限的讀者是更容易的入口。

要深入的話，Seinfeld 和 Pandis 的 Atmospheric Chemistry and Physics 是關於大氣的研究生教材，可延伸第 8–13 章；Schwarzenbach、Gschwend 和 Imboden 的 Environmental Organic Chemistry 是研究生層次的論述，講有機化合物在環境中如何分配和轉化。Lancaster 的 Green Chemistry: An Introductory Text 則發展出 Manahan 在人類圈和產業生態學各章中所涉及的設計原則。

如何使用本書

本書適合已修完普通化學、想對環境系統及其汙染有全面了解的學生。出版社描述的讀者面比化學專業更寬，這表明它同樣面向環境科學專業的學生，而不只是化學專業。

一個實用的安排：

• 核心： 第 1 章作總體框架，然後讀與課程相符的圈層：水（第 2–7 章）或空氣（第 8–13 章）。多數讀者兩者都需要，再加上土壤一章（第 15 章）。
• 永續性與廢物： 第 16–20 章講綠色化學、產業生態學、資源和能源；這一組正是本書與 Lancaster 的書相互重疊之處。
• 健康與方法： 第 21–24 章講毒理學和分析；第 24 章在規劃專案時也可作為分析方法的參考。
• 選讀： 在偏重化學的課程中，可以壓縮岩石圈一章（第 14 章）和水生微生物生物化學一章（第 5 章）。

由於本書是綜述性質的，當課程需要計算時，應配合一本定量教材，並利用配套網站獲取出版社提到的額外材料。