第三部分
脾氣古怪的二氧化碳
二氧化碳有個怪脾氣，如果它在空氣中有濃度超過5％，就會刺激人的呼吸中樞神經，使呼吸量增加兩倍，並且有不舒服的感覺。隨著現代工業的發展，從工廠排放出來的二氧化碳越來越多。人有認為，大氣中二氧化碳增加，像厚厚的棉花胎覆蓋著地麵，使地麵不斷吸收太陽光，地上的熱又無法散發出去，地球就會像一座大溫室，可能給人類造成許多災害。所以，二氧化碳常被人看作是“廢物”，甚至當作危險的“敵人”。
現在，科學家已證實，二氧化碳也可以對人類作出大貢獻。首先，二氧化碳是植物進行光合作用的原料。在光的作用下，二氧化碳加水可以轉換成碳水化合物和氧氣，因此，在廣闊的田野上施放二氧化碳就是理想的氣體肥料，這是當代生物工程中的一個重要內容。同時，科學家正在研究人工合成葉綠體，一旦研究成功，水可通過它製造出氫和氧，再用氫把二氧化碳還原成甲醛(HCHO)，最後將甲醛合成為糖類(HCHO)n。此外，二氧化碳通過光合作用，還能變成羧酸、油脂、氨基酸等，這樣，宇航員利用自己呼出的二氧化碳，加上一定量的水，就可以在太空生產糧食了。其次，給二氧化碳一些電子和能量，它會是“活潑”起來，能參加許多化學反應，生產出甲醛、乙烯、甲酸、甲醇等化工廠品。例如，早在1913年，就有科學家用α射線照射二氧化碳和氫的混合氣，得到了甲醛。
科學家已經為二氧化碳找到了新用途，“廢物”也可變成有用的東西。
化學王國的“孫悟空”
乙烯出生在石油裂化爐，這個裂化爐好像《西遊記》裏太上老君的煉丹爐，乙烯就像是從煉丹爐裏逃出來的孫悟空，有七十二般變化，神通廣大。
生性活潑的乙烯，遇到其他化合物，很容易“搖身一變”成了新的“化身”。它與水結合，就會變成酒精；如果先同硫酸結合，再同水反應，也可以變成酒精。工廠裏如果用乙烯製造酒精，能節約大量的糧食。如果許多個乙烯手拉手地連接在一起，隻要有一定的壓力和一些催化劑，就會聚合起來變成聚乙烯。我們日常生活中使用的食品袋，就是一種聚乙烯薄膜。用聚乙烯做的塑料管，不怕酸堿的腐蝕，又能任意彎曲，比用金屬管要方便得多。
聚乙烯是個大分子，在單個聚乙烯分子裏，有2000多個碳原子。這個分子像是一條又長又窄的長線。聚乙烯液體經過噴絲頭噴出，並且一邊冷卻，就成了聚乙烯纖維。乙烯和丙烯共同聚合，可以生成一種具有橡膠性質的聚合物，叫做乙丙橡膠。乙烯得到銀的“幫助”，能在空氣中氧化成環氧乙烷，再加水反應，變成乙二醇，它是製造“的確涼”的原料，也可製造防凍劑。
乙烯加上氯化氫，又“搖身一變”為鎮痛急救藥氯乙烷，如果進一步同鉛作用，生成的四乙鉛，是半個世紀來廣泛使用的汽油抗爆添加劑，但是由於鉛的毒害，無鉛汽油正在逐步頂替它的位置。乙烯也能變成氯乙烯，從而製成聚氯乙烯樹脂。它能做成各種塑料用品，或者做成聚氯乙烯纖維，再加工成具有保暖防病作用的內衣。
分子是、原子、離子各是什麼
花兒和美酒會散發出香氣；蔗糖放入水中，會變得無影無蹤；濕漉漉的衣服經過晾曬，水就不翼而飛了……生活中發生的這些現象說明：像酒精、水、蔗糖等物質都是由人們肉眼看不到的、不斷運動著的小微粒——分子構成的。分子是指物質中能獨立存在而保持其組成和一切化學性質的最小微粒。
雖然人們用肉眼看不到分子，但科學家能用科學儀器拍攝出分子的照片，這就有力地證明了分子存在的真實性。一滴水裏大約含有167×1021個水分子。若量取18毫升水(4℃時)，其中竟含有602×1023個水分子，數量大得驚人。分子雖是很小的微粒，但有質量。如1個水分子的質量約是3×10-26千克。
100毫升水和100毫升酒精混合後，總體小於200毫升；將蔗糖放進水中後蔗糖就會消失，濕衣服能被晾幹。這些事實說明，一切物質的分子都在不斷地運動，並且分子之間有一定的間隔。
實驗證明，水通電後能產生氫氣和氧氣。這一變化說明，水分子在直流電作用下，可分解成氫原子和氧原子；每一個水分子可以分解成兩個氫原子和一個氧原子；每兩個氫原子結合成一個氫分子；每兩個氧原子可以結合成一個氧分子。水分子、氫分子、氧分子是性質完全不同的分子，它們分別保持水、氫氣、氧氣各自的化學性質。這又說明同種物質的分子化學性質相同，不同物質的分子化學性質不同。
分子在化學反應中可以分解成原子。有的分子由1個原子組成，如氬、氙；有的分子由多個原子組成，如氧、硫。多數分子是由不同元素的原子組成的，如水、二氧化碳。任何純淨物都有固定的化學組成，也就是說元素的種類及元素的質量比是一定的，因此化學上常用元素符號來表示物質的組成。用元素符號來表示物質組成的式子叫做化學式。如O2、H2O、CO2分別表示氧氣、水、二氧化碳的組成。化學式中各原子的原子量總和叫做式量，如H2O的式量=1×2+16=18。
“原子”這一術語是希臘文“不可分割的”意思。早在公元前5世紀，希臘哲學家德謨克利特就已經提出原子的概念，認為一切物質都是由不可分割的小微粒——原子構成，但缺乏科學實驗的驗證。經過十幾個世紀的探索，17世紀～18世紀，科學家通過實驗，證實了原子的真實存在。19世紀初英國化學家道爾頓在進一步總結前人經驗的基礎上，提出了具有近代意義的原子學說。這種原子學說的提出開創了化學的新時代，它解釋了很多物理、化學現象。
在化學反應中，分子可以分成原子，但原子卻不能再分。在化學反應中分子發生了變化，產生了新的分子，而原子依舊是原來的原子。因此，化學上把原子定義為：原子是化學變化中的最小微粒。
原子是肉眼看不見的微粒，假如把1億個原子排成一行，也隻不過才有1厘米長。原子雖小，但有質量。例如，1個氧原子質量約為2656×10-26千克，1個氫原子質量約為1674×10-27千克。原子和分子一樣，處於不斷運動之中，同種原子的性質相同，不同種原子的性質不同。
原子在化學變化中不能再分，這已被大量實驗所證實，但是，並不是說在任何情況下原子永遠是“不可分割的”最小微粒。放射現象的發現證實了這一看法，並揭開了原子內部結構的秘密。大量實驗證明，原子是由帶正電的原子核和圍繞原子核不斷運動、帶負電的核外電子組成。原子質量的9995%以上都集中在原子核上。原子核和核外電子相互吸引，組成電中性的原子。放射性物質在放射過程，原子核發生了變化，變成了另一種元素的原子。由此人們認識到原子並不是不可分割的最小微粒，它的內部還存在著一個複雜的天地。
1932年英國物理學家查德威克發現了中子，以後科學家們確認原子核主要是由質子和中子構成的。後來進一步的實驗揭示，原子核內除質子、中子外，還有多種基本粒子。
氧氣、水、二氧化碳等物質分別由電中性的氧分子、水分子、二氧化碳分子構成。鐵、汞、鈉等金屬分別由電中性的鐵原子、汞原子、鈉原子直接構成。構成物質的小微粒除了電中性的分子、原子之外，還有一種帶電的小微粒叫做離子。像我們所熟悉的食鹽——氯化鈉就是由帶正電的陽離子Na+和帶負電的陰離子C1-構成的。化學上，把帶電的原子或原子團叫做離子。
原子失電子而帶正電荷，形成陽離子，陽離子所帶的正電荷數等於該原子失去的電子數，即該元素的正化合價；原子得電子帶負電荷，形成陰離子，陰離子所帶的負電荷數等於該原子得到的電子數，即負化合價。離子的表示方法是用離子符號，即將離子所帶的電荷數分別寫在元素符號的右上角。例如：鈉離子Na+、銨離子NH4+是陽離子，氯離子C1-、氫氧離子OH-是陰離子。
Na+表示帶1個單位正電荷的鈉離子，OH-表示帶1個單位負電荷的氫氧根離子。Na+1與OH-1是化合價的表示方法，Na+1表示鈉的化合價是+1價，OH-1表示氫氧根的化合價是-1價。
什麼是化合物，什麼是混合物
化學實驗室裏，不僅有各種各樣的化學儀器，還有種類繁多的化學藥品，有的是固體，有的是液體，顏色也各不相同。然而，這些藥品主要用來研究物質性質的，因此一般都是純淨物。純淨物依照組成元素的種類分成單質和化合物。
由同種元素組成的純淨物叫單質。例如：氧氣(O2)、銅(Cu)等都是單質。由不同種元素組成的純淨物叫做化合物。例如，氯化鉀(KCI)、氫氧化鈉(NaOH)、二氧化錳(MnO2)等都是化合物。氯化鈉(NaC1)、氯化氫(HC1)也都是化合物。氯化鈉是由帶正電的陽離子(Na+)與帶負電的陰離子互相作用而構成的化合物。這種由陰、陽離子相互作用而形成的化合物叫做離子化合物。氯化氫則與氯化鈉不同，氫原子與氯原子通過1個共用電子對形成氯化氫分子，這種以共用電子對形成分子的化合物叫做共價化合物。
元素之間發生反應是形成離子化合物，還是形成共價化合物，主要由元素的原子結構所決定。金屬元素的原子最外層電子數一般少於4個，在化學反應中易失電子變成帶正電荷的金屬陽離子；非金屬元素的原子最外層的電子數一般等於或多於4個，在化學反應中易得電子形成帶負電荷的陰離子。當活潑的金屬元素(Na、K、Mg、Ca等)的原子與活潑的非金屬元素(F、C1、Br、I、O、S等)的原子一接近，金屬元素的原子就會失去電子形成陽離子，非金屬元素的原子就會得到電子形成陰離子，非金屬元素的原子就會得到電子形成陰離子，並互相吸引而形成離子化合物。不同種的非金屬元素(如H與C1、H與F、H與O、H與S)的原子，由於它們獲得電子的能力差不多，在彼此爭奪電子的過程中誰也不能將對方的電子“搶”過來，也就不可能形成陰、陽離子，而隻能以共用電子對的形式化合，形成穩定的共價化合物。當然，不管是原子得失電子形成陰、陽離子，還是原子間形成共用電子對，其最終總要使各自形成8個電子的穩定結構。
大千世界，物質的種類繁多。依照它們的組成，可以把物質分為兩大類：純淨物和混合物。純淨物是由同種分子組成的物質。例如，氧氣是由氧分子組成的，金屬銅和鋁分別是由銅分子和鋁分子組成的，因此它們都是純淨物。混合物是由不同的分子組成的物質。例如，一杯天然水，看起來很純淨，其實水中溶有少量的鹽類，還有病菌、蟲卵等微生物，以及其他雜質，所以天然水是混合物。同樣道理，空氣、各種溶液也都是混合物。混合物中各種分子的含量比不是固定的，因而混合物的性質也不是一定的。一般混合物中各種物質之間不發生化學反應。
原子結構
俗話說，麻雀雖小，五髒俱全。原子雖然非常小，但內部的構造卻很複雜。
我們知道，太陽係的中心是太陽，太陽周圍的大小行星在圍繞太陽不斷運動。原子好像一個太陽係，它的中心，是原子核，在原子核周圍，有一定數目的帶負電的電子在不斷運動。原子核的體積很小，假如把一個原子放大到籃球那麼大，原子核也比針尖還小，但是原子核卻集中了差不多整個原子的質量。氫原子核是最小的原子核，它的質量是電子質量的1836倍。
原子核體積雖小，仍是一個複雜的集體，它由兩種更小的微粒組成，這兩種微粒是質子和中子。質子和中子的質量相同，質子帶正電，中子不帶電。不同類原子核中含有不同數目的質子和中子。
氫原子的原子核是最小的原子核，僅由一個質子組成，在氫原子核中沒有中子。惰性氣體氦的原子核是由兩個質子和兩個中子組成。氧原子核是由8個質子和8個中子組成的。
一個原子核中所含質子的數目，叫做核電荷數。核電荷數相同的同一類原子稱為一種元素。自然界的各種元素，按它們的核電荷數排列，核電荷數為幾就稱作第幾號元素。例如氫是第一號元素。氦是第二號元素，氧是第八號元素，等等。
氧原子的核電荷數是8，在原子核外運動的電子也是8個，帶正電的原子核和帶負電的電子相互吸引，形成了原子。原子核的正電荷和電子的負電荷相等，所以整個原子是不帶電的。在化學反應中，原子核不發生變化，隻是核外的部分電子發生變化。
元素符號
朋友見麵要握手，表示友好。這是全世界通用的一種“符號”。同人類表示友好有“符號”一樣，化學也有自己的符號，它是化學世界的共同語言。我們初次接觸化學，內容複雜，術語繁多，讓人理不出個頭緒。有了化學符號，掌握其中的規律，化學就變得有章可循，學習就容易了。
在古代，全世界是沒有統一的化學符號的。那時候的煉金家們，各人用自己的符號來表示化學物質。例如，用中間有一點的圓代表金，圓圈中有一橫的代表鹽，圓圈中有一豎的代表硝石，用十字架代表醋等。隨著化學的發展，發現的化學物質增多了，用以表示物質的符號也就越來越多。甚至同種物質，也有幾十乃至上百個符號。這嚴重地阻礙了化學的發展。
1860年，世界上製訂了統一的化學元素符號，使全國科學工作者之間有共同的、統一的化學語言。
一個元素的化學符號，好像英語中的字母。英語共有26個字母，而化學元素符號目前有百餘個。不過，元素符號由一個或兩個以上字母構成，第一個字母大寫，第二個字母起小寫。元素符號有三個意義：一是代表一種元素；二是代表這個元素的一個原子；三是代表一摩爾原子的該元素。例如，化學符號Ca代表元素鈣、一個鈣原子或者代表一摩爾鈣原子。
化學元素符號，用這個元素的拉丁文開頭字母表示。有些化學元素的拉丁文開頭字母是相同的，就在開頭字母旁邊寫一個小寫字母，是這個元素拉丁文名的第二個字母，如鐵寫作Fe，銅寫作CU。如果元素的拉丁文名第一、第二個字母均相同，那麼就用這個元素拉丁文名的第三個字母作為小寫字母。例如砷、銀、氬三種元素的拉丁文名，第一、第二字母都是“ar”，它們的符號分別寫作As、Ag、Ar。
分子式
化學家已發現109種元素，這些元素的原子，以不同的方式結合就產生各種各樣的分子。世上萬物都是由這些分子組成。例如，水是由水分子組成的，水分子是由一個氧原子和二個氫原子組成。如果用文字來表達物質的組成，不但非常麻煩，而且各國文字不同，很難統一。自從有了化學分子式，世界上就有了統一的化學詞彙，如水用H2O表示，就簡單多了。
這種化學王國的統一詞彙，是許多年研究的成果。現在，我們可以方便地書寫物質的分子式了。單質的分子式，是在組成這種單質的元素符號右下角標上原子的個數。如氮氣——N2，氧氣——O2，銅——Cu。
假如是化合物，隻要事先知道組成這個化合物一個分子中各原子的個數，然後依據正價原子在前，負價原子在後的原則，分別標上數字即可。如，水分子為H2O，生石灰為CaO，鹽酸為HCL。
有了物質的分子式，成千上萬種物質，都可以簡潔明了地表示出來，而且全世界通用，學習也更方便了。
化學方程式
化學家用元素符號代表元素，用元素符號的組合——分子式代表各種各樣的物質。我們把元素符號和分子式，分別比作英語中的字母和詞彙。這比較清晰地表達了元素符號和分子式之間的關係。化學家正是依照這種思想，把分子式用適當的符號(+，＝)聯結而成的句子來表示物質間的化學反應，這好像用詞彙組成的語句一樣。這樣的句子，化學家稱之為化學反應方程式。
例如，水分解成氫氣和氧氣的反應，可用下述的化學反應方程式來表達：2H2O(液)＝2H2(氣)+O2(氣)這個化學方程式，如果用文字來表達，那就是：“2摩爾重36克的液態水分解生成2摩爾重4克的氫氣和1摩爾重32克的氧氣”，非常煩瑣難讀。因此，化學中所采用的化學方程式，與元素符號、分子式一樣非常簡潔明了，而且全世界通用。
世界上的物質千千萬萬，它們間的化學反應多種多樣。如酒精的分子式為C2H6O，但這個分子式還可以表示另一種物質——甲醚。因此，隻用一個化學方程式還不能完全表達清楚，化學家采用一種以結構式代替分子式表示的化學方程式。
再如，水的分解是吸熱反應，而氫氣燃燒生成水的反應是放熱反應，這樣，上述的方程式又不能表示，於是化學家就改用一種熱化學方程式來正確表達。
摩爾
我們買電池、襪子和肥皂等物品時，常常用“打”來計數。“打”是通常使用的數量單位，1打的數量是12。如一打電池就是12節。
在化學上，也有一個類似的數量單位，叫做摩爾，它是用來計量原子、分子等微粒的數量的，好比是化學家的“打”。不過，化學家所用的“打”，代表602×1023，即1摩爾等於602×1023個微觀粒子，其數值遠遠大於12。因為，分子、原子等微粒極其微小。例如，1克水中就約含有36×1022個水分子，1克炭中就有506×1022個碳原子。這是一個天文數字，書寫、記憶都很不方便。假如采用摩爾作計量單位，那麼，就可以說，1克水中約含0056摩爾的水分子；1克炭中約含有0083摩爾碳原子。這就方便多了。因為這個數字是一位叫阿伏伽德羅的科學家提出的，所以叫阿伏伽德羅常數。
用摩爾來表示物質的量，也是十分方便的。科學家測得1摩爾(一“打”)的碳原子(指碳-12)的質量正好是12克。從這裏推算出1摩爾其他原子的質量也很簡單。比如，1摩爾氫原子的質量是1克；1摩爾鐵原子的質量是5585克；1摩爾氧原子是16克等等。這裏我們還可以看出，1摩爾任何原子的質量，其數值等於這種原子的原子量。計算分子的質量、離子的質量都一樣方便。所以我們也可以說，摩爾像一座橋梁，把單個的、肉眼看不見的微粒，同數量很大的微粒集體，以及可以稱量的物質之間聯係起來了。用摩爾可以直接描述出化學反應中反應物和生成物之間的數量關係。我們說1摩爾碳和1摩爾氧氣反應，生成1摩爾二氧化碳。
原子量
構成萬物的小小原子，究竟小到什麼程度?中國古代有位叫公孫龍的說過：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭。”意思是說，有根一尺長的木棍，每天把它截去一半，一萬代也截不完。
如果確實有這樣的工具，能一直截下去的話，那麼，一尺木棍每天截去一半，到第三天隻剩下八分之一尺；第十天隻剩下一千零二十四分之一尺；到第三十天，剩下十億分之一尺，這時木棍已經比纖維素分子還小了；到第三十二天，隻剩下四十億分之一民主黨派，相當於原子大小了。科學家發現，不同的原子，大小也不同。原子的直徑一般是一億分之一厘米，或三十億分之一尺。打個比方，一個最小的細菌裏麵大約可以容納20億個原子!