第一节与人类息息相关的化学
从刀耕火种的原始社会到高度发达的现代社会，从中国古老的四大发明到欧洲的蒸汽、电力时代，从探索宇宙的卫星到人类日常的吃、穿、住、行……这些都与化学息息相关。人类发展史上的嬗变和前进，化学就相当于催化剂，在这一过程中起着至关重要的作用。
1.化学是什么
科学家给出的定义是：化学就是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。简单地说，化学就是一门研究物质的结构、组成、性质和变化规律的自然科学。
这门学科对我们认识和应用物质具有重要的作用。
世界是由物质组成的，化学的研究对象就是物质。化学通过对物质的分析探索，来改变社会及自然的结构形态。化学是一门年轻的富有生机且趣味性较强的自然学科，它与人类进步和社会发展的关系非常密切，它的成就是社会文明的重要标志。
化学是重要的基础科学之一，在与物理学、生物学、自然地理学、天文学等学科的相互渗透中，得到了快速的发展，同时也推动了其他学科和技术的发展。
例如，核酸化学的研究成果使今天的生物学从细胞水平提高到分子水平，建立了分子生物学；对地球、月球和其他星体的化学成分的分析，得出了元素存在的规律，发现了星际空间有简单化合物的存在，为天体演化和现代宇宙学提供了实验资源，还丰富了自然辩证法的内容。
化学也是一门以实验为基础的科学，在进行物质研究中，实验是必不可少的，只有通过科学家精细准确的实验证实后，才能得出相应的化学结构。
2.化学的历史
远古先民在与自然的抗争中，逐渐认识了火并学会了摩擦生火和钻木取火，从此人类就得到了用火的自由。
人类对火的利用标志着一次文明的飞跃，人类的生理、生活等方面得到很大的改善，同时为物质的化学变化提供了基础条件，燃烧本身就有新物质生成，属于化学变化范畴。
此后，陶器的发明与制作、玻璃的制作都是古人在长期的生产活动中，利用化学反应进行的实践活动。玻璃仪器及其器皿也是近代化学实验所必须的器材，是化学科学发展的有力工具。
同时，人们还在对自然的认识中，逐渐学会湿法冶铜和利用木炭不完全燃烧的产物一氧化碳的还原性进行冶炼金属。这些都大大推进了人类生产力的发展水平。
另外，古代的“点石成金”、“不老仙丹”和黑火药的发明也是通过化学实验实现的，这些都在客观上为化学学科的建立积累了相当丰富的经验，甚至总结出一些化学反应的规律。
当然，青铜制造和造纸术的发明，也可以说是古人合理运用化学变化进行发明创造的结晶。
从1650年到1775年，在欧洲，随着冶金工业的发展和实验室经验的积累，人们认为，可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中热量放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。
1723年，德国哈雷大学医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释，形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》成为“燃素学说”的代表作。
1775年前后，化学作为一门年轻的自然科学开始蓬勃发展。拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，并且得出氧气在空气中的含量约为五分之一，开创了定量化学时期。这一时期建立了许多跨时代的化学基本定律，道尔顿提出了原子学说，把构成物质的最小微粒提升到原子。门捷列夫发明了化学元素周期表，把所发现的元素规律排列，便于日后的研究和发现，发展了有机结构理论。
所有这一切，都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。
在化学发展的历史上，英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他认为：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”
波义耳是首先将化学确立为科学的人。
人类对物质结构的认识是永无止境的。物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？
1803年，英国化学家道尔顿创立的原子学说，进一步解答了这个问题。随后，意大利化学家阿佛加德罗又于1811年提出了分子学说，进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。
19世纪末，物理学上出现了三大发现：X射线、放射线和电子。
这些新发现强烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭开了微观世界中更深层次的奥秘。
热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中通过改变化学条件来使化学反应向更有利于人类需求的方向进行，从而开始建立了物理化学，使化学在理论上提高到到一个新的水平。
在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系，大大促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。
现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，人们开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。
化学是人类的翅膀，化学的迅速发展，将为人类的进步带来质的飞跃。化学不断提高和改善人类的社会生活，它将伴随人类走进更高科技的高端领域。
第二节我们身边的空气
1.空气的定义
在起风的时候，我们可以看到树枝的摇曳或者头发的飘动，其实这就是空气的流动。空气是存在于我们周围的物质，看不到、摸不着，但它确实真实存在。
空气就是构成地球周围大气圈的气体。它无色无味，主要成分是氮气和氧气，还有极少量的稀有气体、水蒸气、二氧化碳和尘埃等。
把气体在0℃和一个标准大气压（1.013×105帕）下的状态称为标准状态，空气在标准状态下可视为理想气体，其密度约为1.29克/升，体积约为22.4升/摩尔。
摩尔是表示物质的量的化学计量单位。微观化学上，把含有6.02×1023个微粒的集体作为一个单位，称为1摩尔，它是表示（符号是n）1摩尔物质中含有6.02×1023分子或原子，简称为摩，单位符号是mol。
常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅黄色液体。一般当空气被液化时，二氧化碳已经清除掉。
空气作为混合气体，在定压下冷凝时温度会连续降低，如在标准大气压下，空气在零下186℃左右开始冷凝，温度降低到约零下194℃时全部转变为饱和液体。
2.空气的成分
拉瓦锡研究空气成分的实验，证明了空气是混合物，它是由多种气体组成的。
地球的正常空气成分按体积分数计算是：氮约占78％，氧约占21％，氩约占0.94％，二氧化碳约占0.03％，还有微量的惰性气体，如氦、氖、氪、氙等。
空气的主要成分是氮气和氧气，是长期以来自然界里各种变化所造成的。
在绿色植物出现以前，原始大气是以一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨为主的。绿色植物出现以后，在光合作用中放出的游离态的单质氧，促使原始大气里的一氧化碳氧化成为二氧化碳，甲烷氧化成为水蒸气和二氧化碳，氨氧化成为水蒸气和氮气。
此后，由于植物的光合作用持续地进行，空气里的二氧化碳在植物发生光合作用的过程中被吸收，转化成有机物形成固态，使空气里的氧气越来越多，终于形成了以氮气和氧气为主的现在空气的构成。
空气的恒定成分是氮气、氧气以及稀有气体，这些成分之所以几乎不变，主要是自然界各种变化相互持续补偿的结果。
总的来说，空气的成分一般是比较固定的，它适合各种生物的生存和发展。
3.氧气
氧气，在通常条件下是一种无色无味的气体，其化学式是O2。
氧气在标准状况下的密度约为1.43克/升，略大于空气。它的熔点约为零下218℃，沸点约零下183℃，在零下182.96℃时液化成淡蓝色液体，在零下218.4℃时凝固成雪状淡蓝色固体。
除惰性气体外，大多数元素在含氧的气体中加热时，可生成氧化物，有许多元素（具有可变化合价的元素：碳、氟、磷等）可形成一种以上的氧化物。
氧气不易溶于水，标准情况下，1升水中可以溶解约30毫升的氧气。
氧气是水中生命体的基础。氧在地壳中的含量占第一位，干燥空气中含有约21％体积的氧，氧在水中的质量分数是89％。
氧气除了氧16外，还有氧17和氧18同位素。
世界上最早发现氧气的，是我国唐朝的炼丹家马和。马和认真地观察各种可燃物，如木炭、硫磺等在空气中燃烧的情况后，提出结论：空气成分复杂，主要由阳气(氮气)和阴气(氧气)组成。其中阳气比阴气多得多，阴气可以与可燃物化合把它从空气中除去，而阳气仍可安然无恙地留在空气中。
1774年，英国化学家普利斯特里和他的同伴，用一个大凸透镜将太阳光聚焦后，加热氧化汞，制得纯氧。并且发现它能助燃和帮助呼吸，称之为“脱燃素空气”。
1773年，瑞典的舍勒分解硝酸盐和利用浓硫酸与二氧化锰作用也制得氧，比普利斯特里还要早一年。然而，他的论文《关于空气与火的化学论文》直到1777年才发表，但他们二人确属各自独立制得氧。
1774年，普利斯特里访问法国，把制氧方法告诉了拉瓦锡。拉瓦锡于1775年重复了这个实验，把空气中能够帮助呼吸和助燃的气体称为Oxygene，这个字来源于希腊文Oxygenēs，含义是“酸的形成者”。
因此，后世把这三位学者都确认为氧气的发现者。
自从氧气被人类真正认识以后，它就广泛地应用在诸多领域中。
氧气可以支持燃烧，是良好的助燃剂，但本身不能燃烧。另外，氧气可以供动植物呼吸。
在炼钢过程中，吹高纯度氧气，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应，从而降低了钢的含碳量，并有利于清除磷、硫、硅等杂质，从而得到较纯净的钢铁。
在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化。例如，重油的高温裂化以及煤粉的气化等，这些都用来强化工艺过程，提高化肥产量。
液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中需要液氧作氧化剂。可燃物质浸渍液氧后，具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。在纯氧中燃烧的燃料，不但可以充分燃烧，而且形成高价氧化物，减少污染。
氧气还可以供给病人呼吸，在一些缺氧环境中也具有极大的用处。例如潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等。
但是，人如果呼吸纯氧会引起中毒，严重的还可能会危及生命。此外，过量吸氧还会加速生命衰老。因为氧气能促进人体新陈代谢的循环，从而使人体更多的细胞的生长周期缩短，人体衰老加快。