世界的組成

大千世界都是由物質組成的。從人們日常所需的生活用品，到人們賴以進行生產的生產資料；從大自然的樹木、花草、鳥獸，到巖石、高山、大海，從地球上的萬物到茫茫宇宙中的太陽、月亮和星球……都是物質。

這形形色色的物質，都是由一種被稱為分子的微粒構成的。例如水是由水分子構成；氧由氧氣分子構成。假如杯子里的水全由水分子組成，那么稱這種水為純凈物。實際上，天然水中常常溶解有少量的各種鹽類，還有病菌和其他雜質。天然水中還含有其他物質分子，所以是不純凈的。這種由不同種分子組成的物質，稱為混合物。混合物沒有固定的組成，也沒有一定物質。在我們周圍存在的絕大多數天然物質都是復雜的混合物，像泥土、花崗石、海水等。

純凈物質當中，有的是由同種元素組成，再也不能發生分解反應，這種物質稱為單質。如果是幾種不同元素化合而成的物質，稱為化合物，它們在一定條件下，能夠發生分解反應。如水在電流的作用下，可以分解出氫氣和氧氣。我們說水是化合物，氫氣和氧氣都是單質，單質又可以分為金屬和非金屬兩大類。氫氣和氧氣是非金屬；金、銀、銅、鐵、鋁等是金屬。

自然界在變化

自然界的物質時時刻刻都在發生變化。自人類學會創造和使用工具之后，自然界的變化就更迅速更廣泛了。現在我們使用的每樣東西，幾乎都是從無用或不大有用的原始狀態，轉變成外觀完全不同又頗為有用的的狀態。桌子是用木材做的；茶杯是用瓷土燒制的；紙張是用竹、木、麻、草造的……

自然界中物質所發生的種種變化，在化學家眼里，可以分成兩類。一類是在變化時，物質的組成、性質、特征都改變的，稱為化學變化。例如，綠葉變黃；氧和氫化合成水；鐵生銹；銅在硝酸中溶解；汽油在汽車發動機內燃燒；由鐵礦石煉鐵；氨分解為氫和氮等。另一類是在變化中不產生新的物質，僅僅改變它的物理性質的，稱為物理變化。例如空氣中的水蒸發結成雨、雪、冰雹；海水結晶出食鹽；將木材變成家具；鐵熔化等。

每個化學變化都產生一種（或一種以上的）新物質，有些是我們需要的，有些是我們不需要的，甚至是有害的。例如，從礦石提煉金屬，各種金屬可以再加工成金屬制品；從原油裂解得到各種烯烴有機物，再通過各種化學反應，可以制成塑料、合成纖維、藥物和合成橡膠等成千上萬種化學制品，極大地豐富了我們的生活。

但是，每一次化學變化帶來的副作用，也是令人擔憂的，特別是人們關心的環境污染。譬如，煤的燃燒產生二氧化碳、二氧化硫，汽油的燃燒產生一氧化碳、氮氧化合物，進入大氣。

還有農藥的殘留物，肥料流失到江河，家庭垃圾，工業的廢棄物等堆積如山。由此可見，人類在應用化學變化為自己造福的同時，隱藏著禍害的根源。不過，化學的研究可以更多更有效地控制化學變化，多產生有利于人類的財富，減少有害的副產物或廢物。

人類賴以生存的物質——空氣

地球上的生物，要靠看不見的空氣生活。那么，空氣是什么呢空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。氧氣占空氣的體積約21％，氮氣約占78%，還有少量氬氣、二氣化碳、氪、氖、氦、水汽、臭氧等。空氣是一種彌漫在地球周圍的混合氣體，它對人類的生命活動有著密切關系。

例如，空氣中二氧化碳增加，會使地球表面的氣溫升高，出現“溫室效應”，造成氣候反常等影響。據科學家預測，到公元2030年，如果地球氣溫比現在高4.5℃，這將使南極的冰層融化，引起海平面上升，最終導致全球性洪水泛濫，后果不堪設想。因此，科學家正在研究預防的辦法。

科學研究已經證實，現代空氣污染的主要原因是工業生產中釋放的大量廢氣。由于煤和石油等燃料的大量消耗，空氣中二氧化硫、懸浮顆粒物、氮氧化物、一氧化碳等有毒有害雜質含量增加，就會給人類帶來災難性的危害。1952年12月倫敦煙霧事件，四天中死亡人數比常年同期約多4000人。事件發生的一星期內，支氣管炎、冠心病、肺結核和心臟衰弱病患者的死亡人數分別為事件前一周同類死亡人數的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道疾病患者的死亡率都成倍增加。

空氣中的氧氣是人類賴以生存的重要物質之一。人類應該使空氣保持清、純凈、新鮮，只有清新的氣氛中才能愉快地工作、學習和生活。

化學界的“騾子”——液晶

有一種新型電子計算器，它有許多本領，既可以用來計算，又能顯示日歷和時間，若要它定時報信，它又有準時發出“嘟——嘟——”的聲音。這許多功能都在一塊小小的屏幕上映現出來。這塊屏幕，就是用嶄新的顯示材料——液晶做成的。

液晶是什么，又是怎樣被發現的呢？

1888年，澳大利亞有位叫萊尼茨爾的科學家，合成了一種奇怪的有機化合物，它有兩個熔點。把固態晶體加熱到145℃時，便熔成液體，只不過是渾濁的，而一切純凈物質熔化時卻是透明的。如果繼續加熱到175℃時，它似乎再次熔化，變成清澈透明的液體。后來，德國物理學家列曼把處于“中間地帶”的渾濁液體，叫做液晶。它好比是既不像馬，又不像驢的騾子，所以有人稱它為有機界的“騾子”。液晶自被發現后，人們并不知道它有什么用途，直到1968年，人們才把它作為電子工業上的重要材料。

電子表或者計算器中的液晶為什么會顯示出數字呢？原來，液晶在正常情況下，它的分子排列很有秩序，是清澈透明的。但是，加上直流電場以后，分子的排列被打亂了，有一部分液晶變得不透明顏色變深，因而能顯示數字和圖像。

根據液晶會變色的特點，人們便用它來指示溫度、報警毒氣等。例如，液晶能隨著溫度的變化，使顏色從紅變綠、藍。這樣可以指示出某個實驗中的溫度。液晶遇上氯化氫、氫氰酸之類的有毒氣體，也會變色。在化工廠里，人們把液晶片掛在墻上，一旦有微量毒氣逸出，液晶變色了，就提醒人們趕緊去查漏、堵漏。

最理想的燃料

汽車、飛機等現代交通工具都用汽油作動力燃料，可是汽油在內燃機里并不能完全燃燒，而且燃燒之后產生的有害廢氣又嚴重地污染大氣。科學家經過長期研究，認為氫才是一種最理想的燃料。

水是氫的“倉庫”，用電解的方法，可以把水中的氫和氧分離出來。如果把氫和氧重新混合燃燒，就會產生3000℃的高溫。燃燒后生成的水對人類也不會產生污染，所以氫是最清潔的燃料。

氫又是熱效率最高的燃料。同汽油相比，重量相等的氫在燃燒后產生的能量多，氫氣在空氣中燃燒的速度比汽油要快十倍以上。

以氫氣作為燃料的最大困難是它不易貯存。氫在零下259℃以下才能變成固體。液態氫必須保存在零下253℃低溫中，稍微提高一點溫度，就會沸騰，到零下239.9℃，液態氫極易揮發和氣化。科學家已經想出了不少貯存的辦法，但要把它變成汽車和飛機的燃料，仍有不少困難。

科學家還在考慮另一種比普通氫更好的燃料，它是氫的孿生兄弟——重氫，學名叫氘。從水中電解出來的氫有萬分之二是氘。每50噸水可電解產生5噸氫，其中有1公斤是氘，它在發生核反應時，能產生1.8億千瓦的能量，相當于10公斤鈾或2萬噸煤所產生的能量。假如人工能夠控制氘的核反應，那么氘便是取之不盡用之不竭的永久能源。

化肥之源

氮是肥料三要素（氮、磷、鉀）中首要一員，莊稼離不開氮。空氣中雖有約五分之四的氮氣，可惜不能直接被植物當作氧料吸收。

100多年前，化學家就設想把空氣中的氮變成肥料。直到1908年，德國化學家哈柏才找到了用氮氣和氫氣直接化合生成氨的方法，也就是現在合成氨工業中的“哈柏法”。這種方法必須在高溫高壓下，才能把氮氣和氫氣經過催化而合成氨。

后來，人們從豆科植物的根瘤菌中得到啟示，試圖找到一種化合物，讓氮氣在常溫常壓的條件下，輕而易舉地變成氮肥供植物吸收。

十多年前，我國科學家盧嘉錫在研究固氮酶固氮活性中心的結構模型方面取得成就。根據盧嘉錫教授的理論模型合成出的化合物，具有將氮氣合成氨的能力，這項成果使我國在化學模擬生物固氮的研究上，達到了世界先進水平。

為什么豆科植物的根瘤菌能把氮氣變成氮肥呢？十多年前，科學家從固氮微生物體內分離出固氮酶，對固氮酶的兩種蛋白質——鉬鐵蛋白和鐵蛋白進行了研究，才弄清了“廬山真面目”：只有這兩種蛋白同時存在，固氮酶才有固氮能力。于是，科學家向固氮微生物學習，研究固氮酶的活性中心模型，以便讓“模型物”像固氮菌一樣，能夠在常溫常壓下，把氮氣源源不斷地制造成氨。

生物固氮已成為“熱門”課題。科學家們一方面要制造出一種能夠在溫和條件下合成氨的化合物，另一方面又想使其他植物像豆科植物那樣自身具備固氮的能力。日本科學家發現了一種具有固氮能力的野生水稻，再用其他固氮遺傳基因植入野生水稻，使其因固氮能力一下子提高三倍。

硫在橡膠中的作用

現代生產、軍事工業和日常生活中有不可缺少的橡膠，在150多年前，人們還不能制造，只知道從橡膠樹中獲得生膠，它熱天十分柔軟，到了冬天卻橡木板那樣硬。把生膠涂在布上，做成膠布雨衣，也只能在溫暖的季節里才能使用。

1838年，美國人古德伊爾發現，如果把生膠和少量的硫黃一起加熱，得到的產品比普通生膠要好得多，無論是冬天還是夏天，都能保持柔軟而不粘。這樣處理過的橡膠叫做硫化橡膠。

現在我們穿的雨鞋，用的自行車胎，戴的橡皮手套等像膠制品，幾乎都是經過硫化處理的。

如果加入的硫黃相當多，就會成為硬橡皮。

為什么硫黃會使橡膠變得“馴服”了呢？原來，橡膠分子里的碳原子，像一根碳鏈條那樣，一個接連著一個，這些碳原子又拉住了兩個氫原子。這些分子連起來，像一條長長的線，叫做線型結構。如果這種像膠分子里混入硫黃，并加熱，硫黃能夠巧妙地在線型分子鏈之間架起橋梁，把線型結構的線型分子變成網狀結構，使得橡膠的強度成倍的提高。

不過，從生膠加工成橡膠制品，要經過配料、塑煉、混煉、壓延、壓出、硫化等12道工序。

如果加工成輪胎，在成型和硫化兩個工序上，同其他的橡膠制品生產工藝又有較大的不同。

另外，在配料時，除了要加硫黃外，還需要氧化鎂、硫化促進劑、防老劑、補強劑、軟化劑和著色劑等，這就像蓋樓房，不僅需要磚瓦沙石，還需要鋼筋、水泥一樣。加了這許多化學藥品，再經過加熱，橡膠的彈性、強度、耐磨性都有了顯著地提高，做成了膠鞋、暖水袋、膠布、雨衣、輪胎等橡膠制品，才富有光澤，經久耐用。

銀的特征

古時候，人們就知道用銀確定盛牛奶等食物，可以保存較長的時間不變質。因為銀子也會“溶解”于水，當食物同銀碗接觸以后，食物中的水就會使極微量的銀變成銀離子。銀離子的殺菌能力相當強，每升水中只要有一千億分之二克的銀離子，就足以叫細菌一命嗚呼了。

銀離子的殺菌功能，還可以用在消毒和外科救護方面。古埃及人就已經知道，用銀片覆蓋傷口有療效。后來又有人用“銀紗布”來包扎傷口，治療皮膚創傷和難治的潰瘍，有時會收到很好的效果。現代醫學中，醫生常用1％的硝酸銀溶液滴入新生兒的眼睛里，以防治新生兒眼病。馳名中外的中醫針灸，最早使用的就是小小的銀針。

銀的化學性質很穩定，不會與氧氣直接化合。銀器表面發黑，一般是遇到了硫化氫，生成黑色的硫化銀的緣故。古銀器長期與空氣接觸，在空氣中極微量的臭氧作用下，也會失去光澤。

銀還有許多用處，它作為良好導體可以制作導線；電鍍、制鏡、攝影等行業也十分需要它。

“天外來客”——隕石

在黑夜的天空，常常可以看到轉瞬即逝的流星。這是太陽系中的星際物質——流星體，它一旦同地球接近，就會飛快地闖入大氣層，在空中燃燒發光，直到變成氣體和極微細的粉未。

一些大的流星體，在空中來不及燒光，落到地面，這就是隕石。

據科學家分析，這些天上掉下來的物質所含的元素，各不相同，一般有三類：一類是鐵隕石，差不多全部是由鐵、鎳等元素組成，其中鐵占90％左右，還有8.5％左右的鎳及微量元素，這類隕石占已找到的隕石總數的6％。第二類是石隕石，它的主要成分是硅、鎂及大量的鐵、鋁等。它在隕石中占的比例很大，有92％。第三類是石鐵隕石，其中鐵、鎳和硅酸鹽的各占一半，這類隕石占已找到的隕石總數的2％。

這些天上掉下來的石頭，同地球上的礦石差不多。隕石里含有最多的元素是鐵、鎳、硫、鎂、硅、鈷、鈣、氧等，全都是地球上原來就有的東西。

研究隕石的化學成分、來源和性質，能夠幫助人們進一步認識宇宙空間的變化和活動，對宇宙飛行和其他空間技術開發有重大意義。

能測知年代的同位素