梁琰，现任中国科学技术大学科技传播与科技政策系特任副研究员。梁琰分别于2002年和2005年在清华大学获得化学学士和硕士学位，并于2011年在美国明尼苏达大学获得材料科学与工程博士学位。
　　2012年，梁琰作为科学动画师，参与开发了一本具有革命意义的数字教科书《地球上的生命》（E.O.Wilson’sLifeonEarth）。其创作的科学插画多次作为封面发表在《科学》《自然-材料》《自然-生物技术》《自然-光子学》《美国科学院院报》等知名学术刊物。
　　2014年，梁琰作为中国科学技术大学先进技术研究院一方的项目负责人、作者、摄影兼科学可视化指导，与清华大学出版社合作完成了“美丽化学”中英文网站，并得到国内外多家知名媒体的报道和高度评价。
　　2015年，梁琰作为联合创始人之一，与安徽新华传媒股份有限公司（皖新传媒）、赛富亚洲基金、北京新东方教育科技（集团）有限公司（新东方）共同成立了安徽新知数媒信息科技有限公司（简称新知数媒），出任公司首席产品官。新知数媒致力于开发融科学性、趣味性、艺术性、互动性于一体的数字教育产品，满足用户的求知欲和好奇心。

版权信息
序言
前言
历史
波义耳
梅奥
黑尔斯
卡文迪许
舍勒
普利斯特里
拉瓦锡
伏特
戴维
法拉第
李比希
基尔霍夫
欣赏
历史上的化学仪器
金属置换反应
沉淀反应
化学花园
结晶过程
颜色变化
产生气体
荧光液滴
烟

　　前言
　　关于“美丽化学”前期网站BeautifulChemistry.net
　　“美丽化学”是由中国科学技术大学先进技术研究院（简称中科大先研院）和清华大学出版社联合制作的原创网络科普项目，其主旨是将化学的美丽和神奇传递给大众（中文版网址http：//BeautifulChemistry.net/cn）。在“美丽化学”中，我们使用4K高清摄影机捕捉化学反应中的缤纷色彩和微妙细节；在分子尺度上，我们使用先进的三维电脑动画和互动技术，展示近年来在《自然》（Nature）和《科学》（Science）等国际知名期刊中报道的微观化学结构。
　　“美丽化学”网站英文版于2014年9月30日上线，中文版于2014年10月31日上线。截至2015年11月底，有超过31万人访问“美丽化学”网站（其中中国用户占28％，美国用户占22％，其他国家用户占50％），网站页面点击量超过630万次，在线视频播放次数超过520万。“美丽化学”网站上线后得到了世界各地主流媒体的关注，并获得多个国内外奖项，参加了多个强调科学与艺术融合的国内外展览，包括英国广播公司（BBC）、探索频道、麻省理工学院（MIT）、哥伦比亚大学、腾讯WE大会等都通过授权使用了“美丽化学”的素材（详细成果见第VIII页）。
　　本书作者梁琰是“美丽化学”项目中科大先研院一方的负责人，也是项目的作者、摄影兼科学可视化指导。项目的其他主要成员包括：化学反应指导陶先刚（中国科学技术大学化学系副教授），化学反应指导黄微（中国科学技术大学化学实验教学中心副主任、高级实验师）。
　　关于“美丽化学”书籍
　　在编写“美丽化学”时，我们希望在之前网站的基础上更进一步，在内容和形式上更好地向公众展示化学独特的美丽。为了适应不同读者的需求，我们规划了两本书―《美丽的化学反应》和《美丽的化学结构》（以下简称《反应》和《结构》）。《反应》适合所有读者，即使没有化学基础的读者，也可以从书中感受到化学反应呈现出的绚丽色彩和多姿形态。《结构》展示了大量美妙的微观化学结构，适合有一定化学基础和对化学感兴趣的读者阅读。
　　为了提升书中化学知识的广度和深度，每本书中都增加了超过50页的“历史”部分。我们希望通过介绍一些相关的历史知识，让读者更好地体会化学的美丽。在《反应》的历史部分，我们选择了1660－1860年间波义耳、普利斯特里、拉瓦锡等12位著名的化学家，在认真调研他们原始著作的基础上，用精致的手绘图片和简洁的文字对他们使用过的重要化学装置进行了展示和介绍。我们希望从化学实验装置的演变这一全新的视角，展示化学革命前后这一段最有代表性的化学史。在《结构》的历史部分，我们从原子结构、晶体结构、生物大分子结构等10个方面，比较全面地展示了化学家在认识物质微观结构过程中的重要研究成果。虽然两本书的历史部分篇幅都不是很长，但却花费了我们大量的时间和心血。希望我们的努力可以让看似枯燥的化学史变得更为生动、有趣。
　　除了历史部分，两本书中还包括了精美的“欣赏”部分。在《反应》的欣赏部分，我们用国际一流水准的CG图像复原了历史上15套重要的化学反应装置；另外也包括了我们拍摄的化学反应4K视频的截图，每张截图都为印刷进行了优化，其中一些截图也是在之前网站中没有出现的。在《结构》的欣赏部分，我们用更为细腻的图像风格，展示了58种化学结构，另外还包括了化学结构CG动画的截图。此外，《结构》还包括“注释”部分，其中对上述58种化学结构进行了简要介绍。
　　在书籍编写的过程中我们追求的一个目标是确保每一张图片的原创性，而且将每一张图片的质量都做到极致。在文字方面，我们力求用简明扼要的文字与图片一起高效地传递科学知识。我们希望读者通过阅读我们的书籍不但可以学到化学知识，也可以得到美的享受。最后，书中难免会有错误和不足之处，恳请读者给予指正（scivis @ ustc．edu．cn），我们会在新的版本中及时修正。
　　这两本书目前得以完稿，是很多人共同努力的结果。《反应》和《结构》的创意、文字创作、文献调研、封面设计、版式设计均由梁琰完成。《反应》历史部分的图片，科学家肖像、装置手绘图：陈磊。《反应》欣赏部分的图片，装置CG复原：上海映速（建模：刘晨钟、陈易嘉、邝江俊、宗梁；灯光、材质、渲染、后期：宗梁）；化学反应摄影：梁琰（化学反应在陶先刚和黄微指导下完成）。《结构》历史部分的图片，矢量图：梁琰；手绘图：陈磊。《结构》欣赏部分的图片，结构图像：梁琰；CG动画：梁琰（创意、3D模型），上海映速（动画：宗梁、刘帅、邝江俊；材质、灯光、后期：宗梁）。书籍的排版由陈磊完成。
　　作者梁琰的致谢
　　对于“美丽化学”网站的致谢 首先要感谢中科大先研院和清华大学出版社使制作“美丽化学”项目成为现实。另外，要感谢中国科学技术大学科技传播系的周荣庭系主任和王国燕老师，因为二位的支持和帮助，我才能来到中国科学技术大学这个优秀的平台上施展才能。感谢中国科学技术大学化学实验教学中心为拍摄化学反应提供场地和药品。感谢秦健博士（芝加哥大学）、Felice Frankel（MIT）、江海龙博士（中国科学技术大学）、马明明博士（中国科学技术大学）、王顺博士（上海交通大学）、张一帆（中国科学院化学研究所）、Charles Xie博士（Concord Consortium）、吴扬博士（清华大学）、孙晓明博士（北京化工大学）、李峰博士（中国科学院金属研究所）在网站制作过程中提出的宝贵意见和建议。另外特别感谢中国化学会，在第29届学术年会上邀请我们介绍“美丽化学”项目（当时网站还没有上线）。感谢国内外媒体对项目的关注和报道，帮助我们把“美丽化学”传递给更多人。最后要衷心感谢所有关注过“美丽化学”的朋友，我们收到了很多热情的支持、鼓励和指正，这些都是我们继续努力工作的动力。
　　对于“美丽化学”书籍的致谢 首先要感谢我的家人对我的支持和理解，尤其是我的妻子在家庭方面的巨大付出。感谢我的朋友陈磊在手绘图像和排版方面的巨大贡献。感谢上海网晟网络科技有限公司的刘辉先生为“美丽化学”项目捐款10万元人民币，协助我们可以用最高水平完成化学史部分的内容。感谢上海映速为我们精心制作国际一流水准的历史化学仪器CG复原图像。感谢清华大学吴扬博士和王寅分别为书稿文字和封面设计提出的宝贵意见。感谢北京市科学技术委员会对书籍出版的经费支持。最后要衷心感谢责任编辑袁琦在书籍编写过程中给予的巨大帮助，也衷心感谢清华大学出版社各位领导对“美丽化学”书籍的大力支持。
　　附：“美丽化学”项目成果一览
　　获得奖项
　　·2015年2月获得由美国国家科学基金会（NSF）和美国《大众科学》（Popular Science）杂志举办的Vizzies国际科学可视化竞赛视频类专家奖（Experts’ Choice）。
　　·2015年4月获得由浙江省科技馆和果壳网举办的菠萝科学奖菠萝U奖。
　　·2015年5月获得由上海科技馆举办的上海科普微电影大赛最佳摄影奖。
　　·2015年7月获得第六届中国数字出版博览会2014—2015年度创新作品奖。
　　媒体报道
　　·国内媒体：《中国青年报》、《中国科学报》、《环球人物》杂志、《扬子晚报》、新华网、果壳网、《环球企业家》杂志、《新安晚报》等。
　　·国外媒体：《时代周刊》官网、探索频道、《赫芬顿邮报》等10多个国家的主流媒体。
　　参加展览
　　·2014年12月，中国电脑美术20年（北京中华世纪坛）。
　　·2015年7月，自然与艺术之谜特展（中国台湾“国立自然科学博物馆”）。
　　·2015年8月，上海国际科学与艺术展（上海中华艺术宫）。
　　·2015年9月，英国皇家摄影学会国际科学图像展（英国巡展）。
　　授权情况
　　·2014年10月7日，加拿大探索频道《每日星球》（Daily Planet）栏目对“美丽化学”项目进行报道。
　　·2015年3月，“美丽化学”中的一段视频被电影《对称》（Symmetry）采用。《对称》是在欧洲核子物理研究所（CERN）中，以宏伟的粒子对撞机为舞台背景拍摄的一部歌舞剧。
　　·2015年3月，授权Red Beard品牌在梅赛德斯—奔驰时装周（伊斯坦布尔站）上使用“美丽化学”视频，用于T形台背景视频。
　　·2015年3月11日，“美丽化学”视频出现在英国广播公司（BBC）《新闻之夜》（Newsnight）节目中，用来比喻英国当前的联合政府。
　　·2015年4月22日，“美丽化学”视频出现在由2013年诺贝尔和平奖得主“禁止化学武器组织（OPCW）”为化学武器第一次大规模使用100周年制作的纪录片《牢记伊普尔》（Remembering Ieper）中。
　　·2015年11月8日，“美丽化学”视频出现在2015腾讯WE大会的开场视频中，表现大会“向未来，共生长”的主题。包括LinkedIn联合创始人Reid Hoffman和MIT媒体实验室总监Joi Ito等重量级人物都在这次盛会上发表了精彩演讲。
　　·其他授权包括：MIT慕课课程、哥伦比亚大学化学系主页、剑桥大学出版社、HTC等。
　　美丽化学公众号
　　原点阅读公众号

　　波义耳于1627年1月25日出生在爱尔兰沃特福德郡。波义耳强调实验在科学研究中的重要性，并拥有高超的实验技艺。他优化了当时的很多实验装置，并在很多领域作出了突出的贡献。波义耳是现代化学的奠基人。他认为化学是一门自然科学，而不仅仅是实用的手艺或者神秘的炼金术（波义耳相信炼金术）。他通过实验证明古希腊的四元素说是不成立的，并提出了接近现代概念的元素理论。波义耳支持微粒学说，相信自然的机械本质。在这方面，他深深影响了包括牛顿在内的诸多科学家。1691年12月31日，波义耳在英国伦敦去世，享年64岁。波义耳对科学的贡献总结如下：
　　·发现波义耳定律（在一定温度下气体的体积和压强成反比）。
　　· 优化了真空泵并在真空中进行实验，发现声音无法在真空中传播、蜡烛无法在真空中燃烧等现象。
　　·对燃烧和金属烧结给出了一些初级的解释。
　　· 强调化学检测的重要性，建立区分物质和检测物质纯度的实验方法，提出可以根据指示剂的颜色变化检测物质的酸碱性。
　　左图展示的是波义耳1660年的著作《关于空气弹性及其效应的物理－力学新实验》（New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Air, and Its Effects）中的真空泵（按原始插图重绘，CG复原图见第60页）。在真空泵的设计和制作方面，波义耳的助手胡克（Robert Hooke）贡献巨大。真空泵最早由居里克（Otto von Guericke）在1654年发明。1657年居里克进行了著名的马德堡半球实验，证明了大气压可以产生巨大的力量。在居里克真空泵的基础上，波义耳和胡克进行了大量优化设计，使真空泵更容易使用，而且可以在真空中进行并观测各种实验。
　　波义耳真空泵主要由直径约为38cm的球形玻璃容器和与之连接的抽气筒组成。玻璃容器上方有一个开口。实验对象通过这个开口转移至容器内部，然后盖上黄铜盖子并用胶状物质密封。抽气过程由连接玻璃容器和抽气筒的阀门及抽气筒上的小黄铜塞控制，具体过程见第5页（请注意各步骤中带颜色的部件）。
　　在《关于空气弹性及其效应的物理－力学新实验》一书中，波义耳描述了43个实验，涉及物理、化学、生物学等多个学科。在化学方面，他发现蜡烛、煤炭等可燃物质无法在真空中燃烧。根据当时的“水火土气”四元素理论，波义耳原以为当“气”被抽出后，物质中的“火”应该更容易被释放出来，燃烧因而应该更旺盛，而实验结果正好与预期相反。在波义耳之后，众多科学家对于燃烧本质的研究最终导致了著名的化学革命。我们在本书中将从化学实验装置的角度讲述这段精彩的化学史。
　　梅奥大约在1641年生于英国。梅奥在燃烧和呼吸方面的研究要远领先于与他同时代的科学家。可惜的是，他的研究在当时并没有引起足够的重视。历史学家对梅奥在化学方面的贡献也一度存在争议。但目前看来，梅奥的实验在当时是非常新颖和严谨的。1679年10月，不到40岁的梅奥在英国伦敦去世。梅奥对科学的贡献总结如下：
　　·通过设计巧妙的实验，证明燃烧与呼吸本质上都会消耗空气中的一部分气体（即氧气），并将这部分气体命名为“硝气”。