這樣小的原子，有多重呢?雖則原子的種類不同，大小各異，重量也不同，但是科學家已經測出各種元素的原子重量，隻不過數值太小，寫起來太麻煩。例如，如果以克為單位，那麼一個碳原子的重量是小數點後麵22個0，才接上以克計的小數。這好像用大的磅秤來稱一粒芝麻那樣，很不恰當。因此，科學家規定：以一個碳原子(指碳-12)重量的十二分之一為標準，其他的原子重量同這標準相對照得出相對重量，稱為這個原子的原子量。就是說，用一種原子的重量，來衡量另一種原子的重量，兩種不同原子重量的比，才是原子量。所以，原子量是沒有單位的。例如氫的原子量等於1，碳是12，氧是16，鈉是23等等，這在化學計算方麵很有用。
晶體結構
在金屬世界裏，每一種金屬都有自己的“脾性”。有的金屬容易變形，既可碾成片，也可拉成絲，像金、銀、銅、錫、鋁；有的金屬相當硬，不容易變形，如鉻、鎢、釩、鉭等。金屬的“脾性”同它本身的晶體結構有著密切關係。
讓我們用火柴盒裏放彈子糖的方式，來說明金屬的晶體結構。找一個火柴盒，取出火柴，放一層彈子糖。在放第二、第三、第四……各個層次的彈子糖時，可以有不同的堆放形式。我們把第一層叫做A層，第二層叫做B層。如果第三層彈子糖直接放在第一層彈子糖的上方，這是另一個A層；第四層彈了糖直接放在B層的彈子糖上方，這又是個B層。這樣可以組成一種ABAB……晶體結構。換一種推放法：開始A層和B層與以前一樣，隻是第三層作為C層彈子糖不放在A層上方，第四層才在A層上方，第五層是B層，第六層是C層，這樣就製成了一種ABCABCAB……晶體結構。從這兩種晶體結構模型可發現，隻要一點點推力，上層彈子糖就容易滑下。具有這種晶體結構的金屬，容易改變形狀。
如果我們在第一層的上方，筆直地推放第二層彈子糖，這樣取出上下左右四顆彈子糖，構成的是立方形，四顆彈子糖中間差不多還可以放一顆彈子糖，這樣堆砌起來的晶體結構，就成了硬性金屬的結構模型。如果把兩種不同的金屬，混合起來變成“合金”，會比其中任何一種金屬更硬。像我們日常使用的硬幣，就是鋁鎂合金。
有些螺絲或者齒輪的牙齒，比原來的鋼材要硬朗，而且耐磨，這是因為在使用以前，已經把它放在含氮的氣體中，進行熱處理，叫做滲氮。也就是在鐵晶體的空隙裏，固定了一個氮原子，每一層都一樣。經過這樣的排列，螺絲和齒輪牙的表麵就很堅硬了，並且可以防止劇烈的腐蝕。
除了金屬以外，有一些化合物，如食鹽、石膏、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、硬脂酸鈉等成千上萬種物質，都有一定的結構。氯化鈉的晶體結構模型，我們可以用兩種不同顏色的彈子糖，在火柴盒裏排列成一個方陣。將紅、白兩種彈子糖交替排列，像一塊國際象棋板。第二層彈子糖的顏色與第一層的“錯位”，紅色的放在白色的上麵，第三層再交錯放，就製成了一種氯化鈉的模擬晶體結構。紅色彈子糖代表鈉離子，帶正電荷，白色的彈子糖代表氯離子，帶負電荷。
同位素
在“化學大廈”——元素周期表的第一號房間裏，住著氫的三“兄弟”，它們都隻含有一個質子，所不同的是，老大帶有2個中子，叫氚，老二隻有1個中子，叫氘，老三沒有中子，“體重”最輕，通常叫氫，又叫氕。如果我們細心地檢查“化學大廈”的每個房間，可以發現其他元素都有類似的情況，化學家把這些含相同質子數不同中子數的元素互稱為同位素。
例如，第8號房間裏，住著氧的三個同位素“兄弟”，它們除了各自都帶有8個質子以外，老大帶有10個中子，老二帶有9個中子，老三帶有8個中子。其他“房間”裏，有的同位素很多，像錫有10個同位素。另外，有的同位素是安分守已的，叫做穩定同位素，如碳-12，碳-13；氯-35，氯-37。有的帶放射性，又是天生就有的，如鉀-40，鈾-235，鈾-238，稱為天然放射性同位素。還有一類是人造的，叫做人工放射性同位素，如镅、鐦、鐒等。
一種元素的幾個同位素兄弟，“體重”各不相同。如氫的三個同位兄弟，老大最重，有人叫它“超重氫”；老二次之，人稱“重氫”；老三最輕，叫“氫”。這是由於它們三個各自帶中子數目不一樣的緣故。其他元素的同位素也一樣，誰帶有中子數目多，誰就重些。
同位素兄弟之間，各有所長。氫的同位素老三，能燃燒，能同許多非金屬、金屬直接化合，是合成氨、氯化氫和有機合成中的氫化反應的原料。雖然氫很難液化，但液態的氫是高能燃料。老二氘與老三氕比起來，化學活潑性差些，但是人工加速氘原子核，就能使它參與許多核反應，這種反應能放出巨大的能量，所以氘是一種未來的能源。其他各種元素的許多同位素，都有一套特別的本領。特別是某些放射性同位素，能不斷地放出能量。科學家利用它們的這種特點，來為人類服務，或者防止對人類的危害。例如釙-238，是一種長壽命的動力源，用它作為心髒起搏器動力，可以用上十年。其他還有用來治病的同位素和用來診斷疾病的同位素等。
化學元素總共大約有2000多種同位素，假如讓這些同位素都工作，將給人類帶來無窮的好處。
有機分子結構
在一二百年前，化學家發現兩種性質完全不同的化合物，卻有同樣數量的原子。這是什麼緣故呢”按照化學的定比定律，每個化合物都有一定的組成，而一種組成隻能有一種化合物，那麼同樣的原子組成的化合物，為什麼又會性質完全不同呢?於是，引起化學家們的激烈爭論。
現在，我們弄明白了：在有機界，往往出現同分異構體。俗稱酒精的乙醇和甲醚，前者在室溫下是液體，後者在室溫下是氣體，這兩種性質迥異的化合物的一個分子卻都有2個碳原子、6個氫原子和1個氧原子，隻不過結合的方式不同。有的化學家認為有機分子是由各種原子結合起來的一個“建築物”，原子就好像木架和磚石，它們按照一定的次序連結起來，“建築物”就有一定的式樣和形象。
弄清有機分子的化學結構有著重大意義。一個有機化合物，可能有幾個或幾百個以上的異構體。現在科學家研究物質首先要知道它的結構，隻有了解化合物的分子結構，才能更好地研究或製造這種物質。根據一定的結構建立有機分子的手段叫作有機合成。正因為我們掌握了把一種物質轉換成另一種物質的技巧，才使物質世界發生了一場革命。今天我們可以把石頭、石油、水和空氣變成布匹、纖維，在一兩百年前是不可想象的。
在150年前，人類需要的染料，隻能從生物中提取。後來從煤焦油中發現了，化學家從此用有機合成的方法製出了千百種舊染料無可比擬的新產品。現在染料專家已經能夠按照需要，從分子結構出發，合成鮮豔的產品來代替天然染料。
有機高分子物質的合成，有著迷人的前景。我們已經能夠製造勝過棉花的合成纖維，比鋼鐵還堅硬的塑料，優於天然橡膠的俁成橡膠。科學家正設法合成像蛋白質、澱粉一類的天然高分子物質，打開人造食物的大門，但這隻有在弄清這些物質的分子結構之後才能完成。
什麼是放射性元素
1896年，在法國物理學家貝克勒爾的實驗室裏，出現了一件怪事：一卷包得好好的照相膠片，放在桌子上莫名其妙地感光了；一瓶熒光物質——硫化鋅，放在桌子上，“無緣無故”射出淺綠色的光芒。
這是誰在搗蛋？
貝克勒爾像大海撈針似的開始尋找原因。最後，他的視線落到桌子上的一瓶黃色晶體上。謎底終於解開了！經過研究，貝克勒爾發表了他的論文：這種黃色的晶體——硫酸鈾酸鉀，具有一種奇妙的性質：它能發出看不見的射線，使照相膠片感光，使熒光物質發出熒光。
貝克勒爾的研究引起了居裏夫人的注意。她與丈夫彼埃爾·居裏經過艱苦工作，終於在1898年發現了兩種新的元素——釙與鐳，它們能夠發出比鈾更強的放射性射線。於是，人們把鈾、釙、鐳等能自發放出射線的元素叫做放射性元素。不久，一些天然的和人造的放射性元素，隨著科學技術的發展也逐漸被人們一個個地發現。
放射性元素發出的看不見的射線是非常厲害的，當它的強度超過一定程度時，能殺死細胞、損害身體。貝克勒爾自己就吃過“苦頭”：一天，他出去講演，順手把一管鐳鹽裝在口袋裏。可是，過了許多天以後，在曾靠近鐳管的皮膚上出現了紅斑，原來是鐳的射線灼傷了他的皮膚。彼埃爾·居裏為了探索放射性元素的秘密，曾拿自己的一個手指做實驗：讓手指受放射性射線照射，起初發紅，隨後就出現了潰瘍與死肉，經過幾個月才痊愈。居裏詳細地記述了這一切。
除了鐳以外，現在人們常用鑽－60、碘－132、磷－32等放射性元素的射線，來治療腫瘤病。人們還利用這些放射性元素作“示蹤原子”：如果內服或注射極少量的放射性元素，這些射線就能透過身體的表層組織，向外邊的“放射性射線指示器”報告它在什麼地方。於是，醫生就可以知道，你什麼地方有病變。放射性物質不僅能用來治病，還可用在生產上，例如示蹤原子可以用來測定煉鋼過程的時間、合金的結構、水管檢漏、勘探地下水等等。
水是什麼
春宵秋夜，碎雨敲窗，淅淅瀝瀝，從天而降的水，是雨水。
雨水聚積到江河湖泊中，就稱河水或湖水。
河水、湖水到了自來水廠，經過加工，就變成清潔的自來水。
江河的水，注入浩瀚的海洋，就是海水。
在山區，從地下湧上來的水是泉水。
離江河湖泊遠的村莊，就得鑿井而飲，從井底潺潺流出的水，稱井水。
水的名目那麼多，其實都是一種東西，隻是來源不同，裏麵含的雜質多少不同而已。
天天和水打交道，水是什麼東西呢？
水的真麵目第一次被人們識破，是十八世紀中葉。那時，英國有個化學家普利斯特利，常常愛給朋友們表演魔術：他拿了個“空”瓶子，在朋友們麵前晃了幾下，然後，他敏捷地把一支點著的蠟燭移近瓶子。
“啪！”震耳欲聾的一聲，朋友們給嚇了一大跳。瓶口吐出了長長的火舌，但立刻又熄滅了。
原來，這位魔術師在瓶子裏早已裝滿兩種沒顏色的氣體——氫氣與空氣。氫氣有個脾氣，它與空氣混合後一燒起來，就會發出巨大的聲響——“爆鳴”。這種混合氣體，在化學上叫做“爆鳴氣”。
普利斯特利給好奇的朋友們，表演了很多次這種逗人的魔術。但是，這位化學家始終沒有注意到，他變完把戲的瓶子裏，還住著一位神秘的“客人”。
終於有一次，普利斯特利的目光，在瓶壁上停留了很久：咦！瓶壁上有不少水珠！這在當時，確是個不解之謎，也是件非常驚人的事兒。
普利斯特利起初還不相信，以為自己的瓶子本來就沒擦幹。於是，他用幹燥的氫氣、幹燥的瓶子，重新一次又一次開始耐心地進行試驗。
一次又一次的實驗證明：氫氣在空氣中燃燒（與氧氣化合）後，就變成了水。換句話說，水是由氫與氧組成的。不少科學家繼續研究，終於證明一個水分子裏，含有兩個氫原子和一個氧原子。
為了揭開水的秘密，後來人們用“拆開”的辦法，證實水是由氫和氧兩種元素變出來的。
怎麼拆法呢？辦法很有趣。
在一盆水裏，先加進幾滴硫酸。接著把幹電池的兩個電極上的銅絲，插進水中去。一個有趣的現象就出現了，兩個電極都有氣體冒出來。
把從陰極出來的氣體用下方排水集氣法收集在小試管中，用火一點，就有淡藍色的火焰燒起來。若把它充進氣球中去，氣球就會冉冉升上高空。這是什麼氣體呢？你一定會說：是氫氣。
從陽極出來的氣體可不一樣，它不會燃燒，但能幫助燃燒。把一根將熄未熄的火柴，投入這氣體，火柴立刻會冒出強光，熾烈地燒起來。這是什麼氣體呢？這是氧氣。
電流通過水中，兩個電極不斷冒出氣體，而水卻慢慢減少，一直到剩下幾滴硫酸為止。這個有趣的玩藝，就是電解。
在水中放幾滴硫酸是什麼意思呢？原來硫酸充當了拆散水分子中的氫和氧的“角色”。
水分子被拆開，得到氫氣和氧氣。從拆開的結果來看，證實了一個水分子的確是由兩個氫原子和一個氧原子組合而成的。
水的性情非常安靜。氫和氧一級結合成水，就不願輕易分開。把水加熱到2000℃，1000個水分子中，也隻有18個分子被分解成氫和氧！
重水是水嗎
冰在0℃開始融化。這是大家都熟悉的事兒。
然而，世界上竟而有“熱冰”——它在38℃方才融化！
是不是結成這種冰的水不純呢？不，這是道道地地的水，但又與普通的水不一樣，它叫重水。
重水是水。普通水的分子，是由一個氧原子與兩個氫原子組成的。重水的分子，也是由一個氧原子與兩個氫原子組成。重水與普通水的不同，隻是在於組成重水的氫原子不是普通的氫原子，而是重氫，學名叫做“氘”。重氫也是氫：普通氫原子的原子核，是由一個質子組成的，而重氫的原子核除了有一個質子外，還多含有一個中子。1升重水比1升普通水大約要重1056克。
在外貌上，重水與普通水差不多，都是沒顏色的、透明的、流來流去的液體。但是，它倆貌似神離，脾氣可大不相同：如果你用重水養金魚的話，魚兒沒多久就肚皮朝天地死去了，喝了重水的老鼠，也會很快喪命；普通的水在100℃就沸騰了，重水在1014℃才沸騰；鹽類在重水裏的溶解度比在普通水裏要小些；許多化學反應進行的速度，在重水裏也要比普通水裏慢一些。
更奇怪的是：當用電流電解水時，普通水的分子很容易被電流“拆開”成氫氣與氧氣，從兩極跑掉。而重水幾乎不會被電解！
在大自然中，普通的水大約有140萬萬億噸那麼多，重水卻很少，在100噸水裏大約含有17公斤重水。現在，人們就是利用電流來大批大批地電解水。久而久之，因為重水不易被電解，電解液裏重水的濃度便越來越大，最後把電解液蒸餾一下，就製得了很純的重水。這樣，製備重水常常要消耗掉大量的電能，提煉1公斤重水比熔煉1噸鋁所需的電能還大3倍！
在大自然中，重水的分布是很不均勻的：雪、雨水與地表麵的水裏，重水很少。然而，在一些動植物體中，特別是一些礦物（如變質綠泥石）中，重水的含量卻較多。
盡管為了得到一丁點兒的重水，要付出巨大的電能，人們還是大批大批地電解水來製備重水，而且即使這樣做，重水仍然感到供不應求呢！
這是為什麼？
原來，重水在現代原子能反應堆裏，是一位非常重要的角色——減速劑。在所有的減速劑中，要算是重水最好了，因為它幾乎不吸收中子。
重水是在1932年才第一次被人們發現。短短的四十多年間，它成了一位非常重要的“人物”。在將來，重水將越發重要，人們稱它為“未來的燃料”，因為重水是熱核反應的“燃料”，是一種取之不盡，用之不竭，而釋放出來的能量又是異常巨大的好“燃料”！
“幹冰”是冰嗎
在美國的得克薩斯州，曾經發生過一件奇怪的事：有一次，幾個地質勘探隊員去勘探油礦。他們用鑽探機往地下打孔，鑽到很深的地方。突然，地下的氣體以極高的壓力，從鑽孔裏衝了出來。頓時，鑽孔口噴出了一大堆白色的“雪花”。好奇的地質勘探隊員們上前滾雪球，結果，手上不是起了泡就是變黑了。
原來，那“白雪”不是雪，而是“幹冰”。幹冰不是冰，因為它不是由水凝結成的，而是由無色的氣體——二氧化碳凝結而成的。
如果把二氧化碳裝在一個鋼筒裏，再一加壓力，它就變成水一樣的液體了。如果溫度更低一些，那它就變成白色的東西，宛如冬天的雪花，這就是幹冰。不過，它比雪更細一些，並且，千萬不能直接用手去拿，因為它的溫度低到-785℃以下，會把手凍傷的。凍傷後，皮膚上出現黑色的斑點，過幾天就開始潰爛。
要是你把幹冰放到房間裏，它很快就會銷聲匿跡，變成了二氧化碳氣體，逍遙於空氣之中。這是因為幹冰在常壓下，不會呈液態，它在吸收熱量後就直接轉變為氣態，這種過程稱為升華。
有趣的是，由於幹冰溫度很低，它急劇升華的時候，會使周圍的空氣溫度迅速降低，空氣裏的水蒸氣就會凝結成霧。利用幹冰的這個特點，拍電影的時候，在周圍撒點幹冰，就可以造成雲霧繞繞的景象。另外，在必要的情況下，從飛機上往雲朵裏撒幹冰，還可以進行人工降雨哩。
地殼中最主要的元素
地殼中含量最多的元素是氧。純氧隻存在於大氣之中，約占空氣總體積的21％，氧在地殼中的含量更多，竟占地殼總質量的486％，是地殼裏最多的元素。
但是，氧在地殼裏不是以純氧的形態存在的，它與好多元素化合，構成化合物，例如氧化鋁、氧化矽、碳酸鈣……它們都是土壤和岩石的主要成分，氧為什麼能生成那麼多化合物呢？這是因為氧的性質很活潑，就好象一個人善於廣交朋友一樣，氧的朋友多極了，它能和許多元素結合成化合物。這些豐富多采的化合物，除了構成土壤、岩石和我們熟悉的水以外，還是許多重要礦藏的主要成分，如磁鐵礦是四氧化三鐵，石英砂是二氧化矽，錫礦是二氧化錫……
實驗室裏製造氧，是靠富有氧而又不太穩定的物質分解出氧來。平常用加熱氯酸鉀（在催化劑存在下）或高錳酸鉀的辦法來製取氧。
工業上製備氧，主要是用液態空氣，在低溫下（<-183℃）把空氣壓縮成液體，利用氧的沸點與其他氣體元素不同分離出氧，再在一百多個大氣壓的壓力下，把分出來的純氧壓進鋼瓶裏貯存起來，成瓶出售。
氣體氧是無色的，液體氧呈淺藍色；在0℃時，100體積水中能溶解約5體積氧氣，這對水中的生物有重要的意義，金魚缸為什麼要常換水，就是因為水中的氧是金魚生存必不可少的。每當換過新鮮的水後，金魚就會歡快地遊動起來，並且大口大口地吸水。
從化學角度來看，呼吸的本質是生物體內的碳和氫與空氣裏的氧相化合，同自然界裏各處進行的氧化過程沒有什麼兩樣。登山運動員經常需要呼吸純氧，因為高山上空氣稀薄；危重病人也要呼吸純氧，因為病人呼吸功能差。
簡單地說，氧化就是物質和氧的化合，假如伴隨著氧化發出大量的熱和光，那就是燃燒。一切氧化過程，在純氧裏都要比在空氣中進行得更劇烈，下麵的實驗可以證明這一點：如果往一個盛滿純氧的玻璃瓶裏伸進一支燒紅的鐵絲，鐵絲就會劇烈地燃燒起來，發出麥黃色的火花，如同焰火一樣，而常溫下鐵在空氣裏是不能燃燒的。