化学是一门研究物质的科学。物质是我们身边的一切。空气是物质。水是物质。石头是物质。我们自己的身体也是物质。化学想知道物质是什么。化学想知道物质怎么变化。这些知识很有用。

我们认识世界从观察开始。古代的人看到火。火让木头变成灰。火让泥土变成陶器。这是物质的变化。人们开始思考变化的原因。这是化学最早的样子。化学不是突然出现的。化学来自人类的生活。煮饭是化学变化。酿酒是化学变化。做豆腐也是化学变化。人们利用变化得到需要的东西。

物质由很小的东西组成。这些东西叫原子。原子太小了。我们的眼睛看不到。很多原子在一起组成物质。氢原子和氧原子组成水。铁原子组成铁块。碳原子组成铅笔芯。原子的种类不多。一百多种原子组成世界万物。原子结合成分子。氧气分子有两个氧原子。水分子有两个氢原子和一个氧原子。分子的结构决定物质的性质。结构不一样，性质就不一样。石墨和钻石都是碳原子组成的。原子的排列方式不同。石墨很软。钻石非常硬。

物质有三种状态。固体有固定的形状。液体会流动。气体充满整个空间。温度改变，状态会变化。冰加热变成水。水加热变成水蒸气。这是状态变化。物质本身没有变。水分子还是水分子。这种变化是物理变化。另一种变化不同。木柴燃烧变成二氧化碳和水。铁生锈变成氧化铁。物质本身变了。新的物质产生了。这种变化是化学变化。化学主要研究化学变化。

化学变化遵循规则。质量守恒是一条重要规则。反应前的物质总重量等于反应后的物质总重量。原子不会消失。原子不会凭空产生。原子只是重新组合。铁生锈重量增加。增加的重量来自空气中的氧气。蜡烛燃烧似乎变轻了。燃烧产生的气体跑到空气里了。所有的重量还在。

元素是同一类原子的总称。氧元素包含所有氧原子。铁元素包含所有铁原子。元素周期表排列所有元素。表格有规律。横着看有七行。竖着看有十八列。元素的性质有周期性。同一列的元素性质相似。金属元素在左边。它们有光泽，能导电。非金属元素在右边。它们种类很多。惰性气体在最右边。它们很难发生反应。

原子中心有原子核。原子核带正电。原子核外有电子。电子带负电。电子在核外运动。原子核很小，但很重。电子很轻。原子大部分是空的。原子核由质子和中子组成。质子数决定元素的种类。氢原子有一个质子。氧原子有八个质子。质子数相同，中子数不同，叫同位素。碳-12和碳-14都是碳元素。它们化学性质几乎一样。

电子决定化学键。化学键是原子之间的连接。原子通过化学键形成分子。离子键是一种化学键。原子失去电子带正电，叫阳离子。原子得到电子带负电，叫阴离子。正负离子相互吸引，形成离子键。氯化钠是离子化合物。钠原子给氯原子一个电子。钠变成阳离子。氯变成阴离子。它们紧紧结合，就是食盐。

共价键是另一种化学键。原子共享电子。氢分子有两个氢原子。它们共享两个电子。水分子中，氧原子和氢原子共享电子。共享电子让原子结合在一起。金属键存在于金属中。金属原子失去外层电子。电子在原子之间自由移动。自由电子形成“电子海”。金属原子沉浸在电子海里。金属键解释金属的导电性。电子可以自由流动。

化学反应是旧键断裂、新键形成的过程。氢气和氧气反应生成水。氢气分子断开。氧气分子断开。氢原子和氧原子结合成水分子。能量伴随化学反应。有的反应放出热量。燃烧反应放出大量热。有的反应吸收热量。冰融化需要吸热。反应速度各不相同。爆炸反应非常快。铁生锈很慢。温度影响反应速度。温度高，反应快。催化剂改变反应速度。催化剂本身不变化。

溶液是一种混合物。糖水是溶液。糖溶在水里。糖是溶质。水是溶剂。物质溶解有极限。一杯水只能溶解一定量的糖。超过这个量，糖不再溶解。这个量叫溶解度。温度影响溶解度。大多数固体溶解度随温度升高而增加。气体相反。温度升高，气体溶解度降低。汽水加热，二氧化碳跑出来。

酸和碱是重要的物质。醋有酸味，它是酸。肥皂水滑滑的，它是碱。酸能溶解许多金属。酸和碱相遇发生中和反应。酸和碱变成盐和水。盐酸和氢氧化钠反应生成氯化钠和水。氯化钠就是食盐。酸碱强度用pH值表示。pH值从0到14。pH等于7是中性。纯水是中性的。pH小于7是酸性。数值越小，酸性越强。pH大于7是碱性。数值越大，碱性越强。

有机化学研究含碳的化合物。碳原子能连接成链。碳原子能连接成环。碳原子可以连接其他原子。氢原子、氧原子、氮原子常见。甲烷是最简单的有机化合物。一个碳原子连接四个氢原子。天然气主要成分是甲烷。乙醇是酒精。两个碳原子、六个氢原子和一个氧原子组成。塑料、纤维、药物大多是有机化合物。生命体充满有机化合物。糖类、脂肪、蛋白质、DNA都是有机化合物。

化学在生活中的应用无处不在。食物离不开化学。烹饪过程发生许多化学反应。面包发酵产生二氧化碳气体。面团变得松软。肉类加热，蛋白质变性，味道改变。化学肥料提供植物生长的养分。氮肥、磷肥、钾肥提高粮食产量。化学药物治病救人。阿司匹林缓解疼痛。抗生素杀死细菌。化学材料改变生活。塑料轻便耐用。合成纤维做衣服。橡胶做轮胎。化学燃料提供能量。汽油、柴油驱动汽车。煤炭、天然气发电。电池储存化学能。手机、汽车都需要电池。

化学也带来问题。工厂排放废水污染河流。汽车尾气污染空气。塑料垃圾难以分解。化学需要解决这些问题。绿色化学的目标是减少污染。设计更安全的化学品。使用可再生原料。提高能源效率。化学帮助处理污染。污水处理厂用化学反应去除有害物质。催化剂转化汽车尾气中的有毒气体。化学研究新材料。可降解塑料在一定条件下分解。太阳能电池将阳光转化为电能。

学习化学需要实验。观察颜色变化。记录温度变化。测量物质重量。混合不同溶液。加热某种固体。实验验证理论。实验发现新现象。安全非常重要。有些化学品有毒。有些反应很剧烈。穿戴实验服。佩戴护目镜。了解急救措施。化学是实验的科学。动手做才能真明白。

化学连接宏观和微观。我们看见水。微观世界是水分子。我们看见铁生锈。微观世界是铁原子和氧原子结合。化学建立这种联系。化学改变世界。认识物质，利用物质，创造新物质。化学让生活更好。理解化学，理解我们身边的世界。