人類和化學關係非常密切。客觀地講，正是由於化學元素之間互相作用，產生變化，生成千千萬萬種化合物、混合物，才形成了豐富多彩的物質世界，孕育了生命，孕育了人類。就是這百來種“化學元素”構成的物質世界，支撐著人類所有的活動。如，生活和工農業生產為我們的生活和工農業生產提供了近乎無窮的原料，焰火和霓虹燈把我們的世界裝點得五彩繽紛，由於新材料的出現，我們有了更多的選擇……總之，化學永遠伴隨著人類的各種生產活動和社會活動，永遠和人類的生存和發展分不開，化學永遠是我們的“夥伴”。
地球生命的誕生之謎
在廣闊的自然界裏，生存著多種多樣、千奇百怪的生物。除開那些光是留下化石作為“展品”的古生物不算，世界上已知現存的動物就有一百一十多萬種，還有五十多萬種植物和微生物。這些生物是怎樣產生的呢？生命的本質究竟是什麼呢？這得從有機物和無機物談起。
早先，人們把世界上的化合物分成兩類：一類受熱後保持原樣，廣泛存在於空氣、海洋、土壤等沒有生機的非生物界，這叫做無機物；另一類物質受熱以後發生根本性改變，通常隻能從生物體和它們的產物裏得到，這叫做有機物。瑞典化學家貝采裏烏斯於是認定：生命的化學完全是另一門學科，它遵循著自己的一套神秘的規律；有機物和無機物之間存在著不可逾越的鴻溝，有機物隻能由活組織才能製造出來。
可是，時隔不久，正是貝采裏烏斯的學生、德國化學家維勒，第一次用無機物氰酸銨作原料，僅僅通過加熱的辦法，就製得了一種實實在在的有機物——尿素。十七年以後，另一位德國化學家科爾貝，又用最簡單的元素人工合成了有機物醋酸。這樣一來，有機物和無機物之間的絕對界限被打破了。
有機物都是含碳化合物，結構比較複雜，其中包括醇類、醛類、酮類、醚類等等。十九世紀中葉，人們發現，在幾百萬種有機物裏麵，有兩種物質是生命的基礎：一種叫核酸，最早是在細胞核裏被發現的；另一種是蛋白質，從加熱後能凝固的蛋白體物質那裏得來。蛋白質的大名我們早就聽說過，它是構成生物體的主要物質之一，是生命活動的基礎。核酸是生命本身最重要的物質，沒有它，活的機體就不能繁殖，當然也就不會出現生命。這就告訴我們：生命是物質的，是物質發展到一定階段的產物。
那麼，生命又是怎樣開始的呢？
二十世紀二十年代，前蘇聯生物化學家奧巴林和英國生物學家霍爾登提出了生命的化學進化論。他們認為，在生命本身進化以前，還存在著一個化學進化階段，生命的出現是一係列化學反應的結果：第一步，原始大氣和海洋裏的無機物生成了低分子有機化合物；第二步，低分子有機化合物生成了高分子有機化合物；最後第三步，生成了能夠自我複製和繁殖的原始生命體。
化學進化論為我們描繪了一幅初期地球的圖景：
原始太陽係星雲慢慢地凝聚成了我們初期的地球。初期的地球冷卻以後，火山噴發出大量的氣體——氫、水汽、氮、氨、甲烷、二氧化碳、一氧化碳等等，組成了原始的大氣。
在初期的地球上，自然界進行著威武雄壯的活動。天空中的閃電，噴出地麵的熱熔岩和熱泉水，太陽發出的紫外線，來自宇宙空間的輻射，它們結合起來向原始大氣進攻，把原始大氣裏的成分改造成為甲醛、氫化氰和其他一些與生命有關的物質。這些物質溶解在雨水裏，落進原始海洋，通過化學反應又進一步生成氨基酸、糖類和嘧啶、嘌呤等等。要知道，生命的基礎——蛋白質和核酸，恰恰是由這些有機化合物組成的哩！
大大小小的有機物聚集在原始海洋裏，用不著害怕會有生命來消費它們。海流把它們帶到安全地帶，既避開了強烈紫外線的照射，又遠離放射性活躍的海底，結果它們越聚越多，簡直可以把原始海洋裏的這部分海水看做是充滿有機物的“肉湯”。
許多億年過去了，“肉湯”裏的簡單低分子有機物質發展變成了蛋白質、核酸等一類複雜的高分子有機物。最後，地球上終於出現了類似細胞的、具有完整新陳代謝作用的原始生命體。
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1952年，還是一名研究生的美國化學家米勒，很想探索一下地球上的原始生命究竟是怎樣出現的。他模擬原始大氣的條件，讓加上氨、甲烷和氫的水，循環流過一個電弧。一個星期以後，分析所得到的化學產物，米勒竟意外地發現，產物中有兩種最簡單的氨基酸——甘氨酸和丙氨酸。這是一個重大的突破，在米勒的實驗成功之後，很多的科學家步他的後塵，進行了一係列類似的試驗。他們用不同氣體不同組分的原始材料，通過放電、紫外線、熱能、電子束等自然界可能有的能源作用，合成了大多數的氨基酸，甚至還合成了核糖、脫氧核糖、嘌呤、嘧啶以及維生素等生物有機化合物。
工業的糧食——煤
提起煤來，我們每個人都不陌生。因為很多地區使用的“煤火”就是把買來的煤兌水加點黃土和成泥狀，直接用來作為燃料；或者煤末加水和黃土按一定的比例混合均勻後，用特定機器製成小圓球——煤球，用來做飯、取暖等。還有就是大街上常見的烤紅薯者，部分使用碳，還有一部分使用煤核兒來烤紅薯。
其實，煤的作用不僅僅隻有這些，它是十八世紀以來人類世界使用的主要能源之一，被人們譽為黑色的金子、工業的糧食。隨著蒸汽機的發明和使用，煤被廣泛地用作工業生產的燃料，給社會帶來了前所未有的巨大生產力，推動了工業的向前發展，隨之發展起煤炭、鋼鐵、化工、采礦、冶金等工業。
雖然，人類發現和使用煤炭已經有幾千年的曆史，但是，對於“煤從何來”的問題，人們卻在很長時期內缺乏正確的認識。曾經有過一種說法，認為自然界裏存在著一種可以燃燒的“煤液”，煤的生成正是普通的石頭被“煤液”浸潤的結果。不過因為這種“煤液”誰都沒有見過，所以這種說法慢慢地也就不再有人相信了。不難理解，古人的認識受著當時時代條件和科學技術發展水平的限製，對於煤的成因問題還不可能作出科學的結論。
近二、三百年來，隨著人類生產實踐和科學技術的發展，人們逐漸認識到煤不是一種普通的石頭，而是一種可燃有機岩，是由大量的植物遺體經過複雜的生物、物理、化學作用轉變而成的一種沉積礦產。在一些年輕的煤層中或煤中的夾石裏，人們甚至用肉眼也能看出其中有植物的根、莖、枝、樹皮、樹葉和花果的痕跡。光看外表不行，還要看看它們的實質。化學分析的結果告訴我們，煤中有機物的化學組成與植物有機體的化學組成基本相似。
既然煤是由植物生成的，那麼，綠油油的植物又是怎樣變成黑色的像石頭一樣硬梆梆的煤的呢？
原來，植物死亡以後，遺體的變化在兩種不同的外因條件下可以得到兩種完全不同的結果。一種是植物遺體裸露在地麵上，氧氣供應充足，喜氧微生物繁殖迅速，整個植物遺體將通過氧化分解和水解作用變成沼氣、二氧化碳和水分等，幾乎完全被爛掉，最後隻剩下一點點灰燼，這樣就根本不能生成煤。
另外一種情況是在低窪有水的沼澤地帶（如海濱濱海平原、內陸湖沼、窪地等等）地下水位較高，水量充足，土地肥沃，植物生長茂盛。植物死亡以後的遺體倒進水裏，被水層覆蓋，或者完全被水浸潤，同空氣隔絕；或者得不到氧氣的充分供應，缺乏喜氧微生物的生活條件。這時植物遺體的分解作用就將逐步減弱，不會很快爛個精光，而是慢慢地形成植物堆積層。
現在該輪到厭氧微生物來發揮作用了。在它們的積極參與下發生了一係列的生物化學反應，得到了許多新的產物，其中最主要的是腐植酸，另外還有瀝青質等等，最後植物遺體就變成為一種黑褐色的淤泥狀物質——泥炭。
泥炭形成以後，如果由於地殼的運動，使形成泥炭的地帶逐漸下降，沼澤地形消失，水流帶來越來越多的粘土和泥沙沉積覆蓋到泥炭之上，這樣泥炭就將被慢慢地埋藏到越來越深的地下。在這裏，微生物的作用減少甚至沒有了，日益增大的溫度和壓力發揮了作用。在溫度和壓力的作用下，泥炭終於變成了煤。
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煤炭分布
煤炭在地理上分布不均勻。現在有八十個以上的國家擁有煤炭，但是目前估計世界煤炭資源的百分之九十八和技術經濟可采儲量的百分之九十，集中在俄國、美國、中國、澳大利亞、加拿大、德國、英國、波蘭、印度、南非十個國家和地區。其中特別是俄國、美國、中國和澳大利亞四國，百分之九十的世界煤炭資源和百分之六十的技術經濟可采儲量為它們所有。
工業的血液——石油
現在，生活在工業社會中的人們幾乎一天也離不開石油，從外出交通工具的燃料、做飯用的液化氣、住房內的裝飾材料、穿的化纖衣料，到紐扣、圓珠筆等小物品，幾乎都是石油或以石油為原料的產品。
那麼，你知道石油來自哪裏嗎？
石油隱藏在地下，從幾十米、幾百米，直到幾千米的深處。人們在石油隱居的石室的頂上，穿過堅硬的岩石，打通一口口千百米深的筆直的油井。有些油井下的石油依靠地下氣體的壓力會噴泉一樣地自動噴射出來。有些因為地下壓力不足石油不能自噴，人們就要設法把空氣或水壓下去，幫助它上升，或者用其他辦法把它汲取上來。
從油井噴出來的石油，由於成分的不同，有的清澈如水，有的粘滯似油，呈黃色或褐色或黑色，叫做原油。原油可以直接作為燃料，但是這樣使用會造成嚴重的浪費。因為石油含有很多種不同的的成分，各有重要的用法。因此一般不直接使用原油，而先把它送到煉油廠裏加工精煉。第一步要使不同沸點的成分互相分開。用油泵把原油壓到一種管形爐的鋼管中，加熱到400℃左右。於是有些成分變成了氣體，有些還是液體，這種氣體和液體的混合物流到一種叫做分餾塔的特殊結構中。塔內分成若幹層，在這裏混合物中的輕而清的成分上升，重而濁的成分下降。
最上麵的是各種小分子的烴，它的分子所含的碳原子數一般在五到十一之間。冷卻成液體就是汽油，還有部分的溶劑油。其下的一部分烴混合物，分子中含有的碳原子數從十一到十七，這就是煤油。再下層的一部分烴混合物，碳原子數更多，叫做柴油。最下層是粘稠的黑色液體——重油。把重油繼續分解，可以得到很多種潤滑油和固體的石蠟。殘留下來的物質叫做殘油，經過加工後就成石油瀝青。
在這些產物中最重要的要算汽油了。可是用上述分餾法從石油中提煉出來汽油隻占15%～20%。遠遠不能滿足人類對汽油的巨大需要。化學家想，既然汽油是由小分子低沸點的烴組成的，如果能使石油中含有的大分子的烴分裂成小分子的話，不就可以大大增加汽油的產量嗎？根據這一原理，他們發明了一個方法，叫做熱裂化法。就是，在隔離空氣的條件下把大分子烴加高熱，於是，它們逐步裂成碳原子數在5～11間的各種小分子烴——汽油的成分。這樣從石油中取得的汽油可以達到45%。如果應用一種適當的催化劑——一種催使其他物質迅速發生化學變化的物質的話，還可以在較低的溫度和壓力下使煤油和柴油變成了汽油。
把分餾出來的石油產物進一步精製，可以得到很多有價值的製品。由於近年來化學工業和石油工業的長足發展，從石油製成的產品越來越多，目前已有二千多個品種，例如，汽油就有四五十種，煤油有十多種，石蠟油有一百多種，而潤滑油更多至一千多種……它們是現代工業的重要的動力來源。它們燃燒時放出的能力推動了許多機器運轉，使汽車、火車（柴油機火車）在陸上奔馳，使飛機噴氣機在天空翱翔。它們還提供了一切機械——從渦輪機之巨到鍾表機械之微——所必需的各種各樣的潤滑油。有人計算出，在工業發達的國家裏，工業和交通運輸業的動力的半數左右，潤滑油的90%都是來自石油。所以，人們把石油說成是工業的血液。
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尋找石油
石油寶藏深埋地下，世界上也沒有可以照見地下寶藏的“照寶鏡”。這就需要工人、地質學者和其他學者以及工程技術人員的艱辛勞動，進行廣泛的探勘工作了。他們翻山越嶺，穿沙漠，過草原……從地質構造和其他有指示意義的現象上尋找苗頭；利用近代地質物理的技術和原子能等尖端技術從多方麵進行探測；打井取樣，鑽取岩心，進行分析，還要研究微生物化石、礦物質含量……經過一係列的巨大而複雜的勞動以後，才能確定地下的情況和油田的大小。
“顏色”對化學的幫助
顏色在畫家筆下，可以繪畫出形形色色的生動形象來，給人以美的享受。隨著科學事業的發展，顏色不僅在繪畫上、裝飾上具有不可缺少的地位，人們經過長時期的實踐研究還發現了顏色更重要的作用，從而創立了光譜分析。光譜分析創立以後，發現了一大批化學元素，並對以前發現的化學元素又做了係統的檢驗。
正如任何一個發明都有漫長的曆史一樣，光譜分析的創立也有著悠久的曆史。
金屬離子在高溫時發出不同顏色的光的現象，在化學上稱為焰色反應。早在1758年，有一位叫馬格拉夫的科學家就注意到，在火焰上撒上鈉鹽，火焰就呈現黃色，撒上鉀鹽則呈現紫色，隻不過對這種現象他還缺乏深刻的認識。實用光譜學是由本生與基爾霍夫在19世紀60年代發展起來的。
1858年，本生在一次實驗中，用白金——鉑鑷子夾了一顆食鹽晶體，放在“本生燈”（本生發明的火焰沒有顏色的煤氣燈）上灼燒，本來無色的火焰變成了亮黃色的火焰。火焰顏色的變化，引起了本生極大的興趣，於是他就把各種化合物一一放在燈焰上灼燒，他發現凡含有鈉的化合物都能使燈焰呈亮黃色。改用白金絲蘸一點鈉溶液，在燈上灼燒，也能得到同樣的結果。於是本生總結出燈焰變色是鈉離子起的作用，他把亮黃色燈焰稱為鈉離子的特征焰。本生堅信，自己已經發現了一種最重要的化學分析方法，而且這種方法能把化學分析大大簡化。
本生接著自己的思路繼續做實驗，但是問題比意想的要複雜得多，最困難的就是複雜物質的各種焰色混合在一起，特別是鈉的黃色火焰，幾乎把所有物質的火焰的顏色都掩蓋了。這怎麼辦呢？本生又試著用各種濾光鏡把各種顏色分開，效果比用肉眼直接觀察好了一些，但還有許多問題解決不了，例如紫紅色的鋰的火焰和洋紅色的鍶的火焰，就十分難辨別，如二者混到一起就更難辦了。本生為這些問題所苦惱，他吃不好，睡不著，一連幾晝夜鑽在實驗室裏進行實驗，始終找不到解決問題的鑰匙。這時，他想起了他的一位最親密的朋友，這就是德國著名物理學家基爾霍夫。
基爾霍夫對本生的設想大加讚賞，並建議本生用分光鏡來觀測各種化學物質的光譜。以後，本生開始與基爾霍夫密切合作。基爾霍夫負責連夜改裝分光鏡，他們的第一台分光鏡說來也非常簡陋。基爾霍夫把一架直筒望遠鏡和三棱鏡聯在一起，設法讓光線通過狹縫進入分光三棱鏡。這實際上就是本生和基爾霍夫共同發明的第一台“光譜儀”。
後來經過大量的實驗和進一步研究發現，任何金屬離子都能使燈焰變色，每一種金屬離子都有其特征焰，如鉀離子的特征焰為紫色，鍶離子為猩紅色，鈣離子為磚紅色，鋇離子為綠色。而且，本生和基爾霍夫還發現，金屬及其鹽類的火焰光透過三棱鏡後被分成若幹條不同顏色的線，每種元素的色線都按一定順序排列在固定的位置上。就是幾種鹽混合以後進行的灼熱，其中各種元素特有的彩色線條和位置也不變。
光譜分析法對於化學這門學科的發展有著舉足輕重的作用。它顯示出極大的優越性，並在科研和生產中得到迅速推廣。本生和基爾霍夫立即用他們發明的光譜分析新方法檢驗各種物質，首先在1860年5月10日，在礦泉水中發現了新元素銫；1861年2月23日，在分析雲母礦時，又發現了新元素銣。後來，化學家們用他們的方法又發現了鉈、銦、镓、釔、鈥、銩、釤、釹、鐠等元素。
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本生燈
本生燈是德國化學家本生為裝備海德堡大學化學實驗室而發明的，是一種用煤氣為燃料的加熱器具。在本生燈發明前，所用煤氣燈的火焰很明亮，但溫度不高，是因煤氣燃燒不完全造成的。本生將其改進為先讓煤氣和空氣在燈內充分混合，從而使煤氣燃燒完全，得到無光高溫火焰。火焰分三層：內層為水蒸汽、一氧化碳、氫、二氧化碳和氮、氧的混合物，溫度約300℃，稱為焰心。中層內煤氣開始燃燒，但燃燒不完全，火焰呈淡藍色，溫度約500℃，稱還原焰。外層煤氣燃燒完全，火焰呈淡紫色，溫度可達800～900℃，稱為氧化焰，此處的溫度最高，故加熱時應充分利用氧化焰部分。
不怕寒冷和炎熱的橡膠
大約在五百多年前，墨西哥的原始大森林裏居住著許多印第安人，發現一種很高的大樹。這種樹雖然高大無比，但卻多愁善感，隻要碰破一點樹皮，就會流出像牛奶似的淚水。這“淚水”粘糊糊的，能形成薄膜，不漏水、不透氣，有彈性，它就是我們現在說的膠乳。會流淚的樹就是橡膠樹，“橡膠”一詞就是印第安語“木頭流淚”的意思。
後來，勤勞聰明的印第安人，利用乳膠做成雨鞋和盛水工具。他們先把自己的腳用樹葉包住，再把搜集在一起的乳膠澆在腳上，幾天後形成了膠膜，樹葉枯萎了，脫下來就做成了一雙適合自己腳型的雨鞋。同樣，先用泥做一個泥水壺，再在泥壺上抹幾遍膠乳，最後將泥壺打碎，倒出土塊，就做成了橡膠水壺，這就是最早的橡膠製品。哥倫布第二次航海行駛到拉丁美洲的海地，親眼看到當地人穿戴和使用這種橡膠製品。他們還將膠乳凝結後做成球來玩兒，這球落到地麵後，竟然會彈跳到和原來相差無幾的高度。
但是，用樹汁曬幹成的橡膠，叫做生膠。它生性嬌氣，稍一受熱，就變得像麵團似的，又黏又軟。天氣一冷，它又變得像玻璃一樣又硬又脆，這就使橡膠的使用受到很大限製。該怎麼辦呢？
美國有一個貧窮的發明家固特異，他決心把生膠改造成既富有彈性又堅韌結實的理想材料。當時煉鋼技術給了固特異很大的啟發，鋼的性能比較好，是因為鋼中添加了其他元素。那麼，往生橡膠中添加其他物質，會不會也使橡膠的性質改善呢？他經過大量的試驗和失敗，終於發現，在生膠裏摻入一些硫磺，再放在爐子上適當加熱，生橡膠就會脫胎換骨，成了熟橡膠。熟橡膠比生橡膠彈性更好，無論嚴冬、酷暑，它又都能保持柔軟和彈性，既不發黏又不變脆，這就是橡膠工廠中的“硫化”處理。
硫化過程到底是怎麼回事兒呢？