大千世界都是由物质组成的，它们都在不断变化着。自我们认识、了解化学元素开始，来认识物质世界的奥秘吧。我们可以通过化学符号去认识化学现象，去了解化学中的“同父异母”现象以及“孪生兄弟”同位素等。更有趣的是，化学中也有孙悟空式的“人物”，千变万化，神奇万千。
组成世界的物质
大千世界，林林总总。从人们日常所需的生活用品，到人们赖以进行生产的生产资料；从大自然的树木、花草、鸟兽到岩石、高山、大海；从地球上的万物到茫茫宇宙中的太阳、月亮和星球……都是由物质组成的。
这些形形色色的物质，都是由分子、原子等微粒构成的。例如水是由水分子构成；汞是由汞原子构成。假如杯子里装的水没有其他物质，我们就称这种水为纯净物。实际上，天然水中常常溶解有少量的各种盐类，还有病菌和其他杂质，所以是不纯净的。这种由不同成分组成的物质，称为混合物。混合物没有固定的组成，也没有固定性质。在我们周围存在的绝大多数天然物质都是复杂的混合物，像泥土、花岗石、海水等。
纯净物中，有的是由同种元素组成，再也不能发生分解反应，这种纯净物被称为单质。如果纯净物是由几种不同元素化合而成的，则称为化合物，它们在一定条件下，能够发生分解反应。如水在电流的作用下，可以分解出氢气和氧气。我们说水是化合物，氢气和氧气都是单质。单质又可以分为金属和非金属两大类，氢气和氧气是非金属；金、银、铜、铁、铝等是金属。
物质在不断变化着
自然界的物质时时刻刻都在发生变化。自人类学会制造和使用工具之后，自然界的变化就更迅速更广泛了。现在我们使用的每样东西，几乎都是从无用或不大有用的原始状态，转变成外观完全不同而又颇为有用的状态。桌子是用木材做的；茶杯是用瓷土烧制的；纸张是用竹、木、麻、草造的……
自然界中物质所发生的种种变化，在化学家眼里，可以分成两类。一类是物质的组成、性质、特征都在改变的，这种变化称为化学变化。例如，绿叶变黄；氧和氢化合成水；铁生锈；铜在硝酸中溶解；汽油在发动机内燃烧；由铁矿石炼铁等。另一类是在变化中不产生新的物质，仅仅改变它的物理性质的，称为物理变化。例如空气中的水蒸气凝结成雨、雪、冰雹；海水结晶出食盐；将木材变成家具；铁熔化等。
每次化学变化都产生一种（或一种以上的）新物质，有些是我们需要的，有些是我们不需要的，甚至是有害的。例如从矿石中提炼金属，各种金属可以再加工成金属制品；从原油裂解得到各种烯烃有机物，再通过各种化学反应，可以制成塑料合成纤维、药物和合成橡胶等。
成千上万种化学制品，极大地丰富了人们的生活。但是，每一次化学变化带来的副作用，也是令人担忧的，特别是人们关心的环境污染问题。例如，煤的燃烧产生二氧化碳、二氧化硫；汽油的燃烧产生一氧化碳、氮氧化物，这些有害气体的产生会造成大气污染。还有农药的残留物、肥料流失到江河；家庭垃圾、工业的废弃物等堆积如山等造成的污染。由此可见，人类在应用化学变化为自己造福的同时，也隐藏着祸害的根源。不过，随着化学工业的发展，人们可以更多更有效地控制化学变化，多产有利于人类环境的物质，减少有害的副产物或废物。
看不见、摸不到的空气
生活在地球上的生物，都需要空气作为必要的生活基础。然而，空气又是什么呢？
空气中有很多的成分，其中以氧气和氮气最多。就体积而言，氧气约占空气的21％，氮气约占78％，此外还有少量水蒸气、二氧化碳、氪、氖、氦、氩气、臭氧等。空气是一种混合气体，漫布在地球的周围，与人类的生命活动有着密切的联系。
例如，如果空气中的二氧化碳比例增加，就会使地球表面的气温升高，出现“温室效应”，造成气候反常等影响。据科学家预测，到2030年，地球气温将比现在高3.5℃！这将使南极的冰层融化，引起海平面上升，最终导致全球性洪水泛滥，后果不堪设想。因此，科学家正在研究百年以前，甚至古代的空气成分，以寻求空气中二氧化碳增加的原因。
根据科学家研究，亿万年前，地球上的空气成分同现代空气差不多，只是各种气体所占的比例有些差别。据报道，美国科学家通过琥珀中的气泡，测定出9000万年前的空气中的含氧量高达30％；4000万年前的空气中含氧量和现代空气含氧量差不多。从其他的“古代气体”中还得知，古代空气非常纯净，不含任何有害杂质。
科学家已经证实，现代空气污染的主要原因是工业生产中释放的大量废气。由于煤燃料的大量消耗，空气中二氧化硫、悬浮颗粒物、氮氧化合物、一氧化碳等有害杂质含量增加，就会给人类带来灾难性的危害。1952年12月的伦敦烟雾事件，四天中死亡人数比常年同期约多4000人。事件发生的一星期内，支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱病患者的死亡人数分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。肺炎、肺癌、流感及其他呼吸道疾病患者的死亡率都成倍增加。
空气是人类赖以生存的重要物质。人类应该使空气保持清洁、纯净、新鲜，只有在清新的空气中，人们才能愉快地工作、学习和生活。
有趣的惰性气体
在气体家族里，有一类气体以“懒惰”出名，所以人们把它们叫作惰性气体，如氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氙（Xe）。
1894年8月13日，英国化学家拉姆赛和物理学家瑞利在一次会议上报告说，他们发现了一种性质奇特的新元素。这种元素以气体状态存在，对于任何最活泼的物质它都无动于衷，不与之反应，因此，给它取名叫氩，意思就是“懒惰”。之后，人们又发现了几种元素，也有类似的性质，它们像是元素中的“隐士”，基本上不同其他元素进行化学反应。
这究竟是什么原因呢？原来，除了氦原子是以2个电子为稳定结构以外，其他惰性气体的原子最外层都有8个电子的稳定结构。那时的化学理论认为，具有这种结构的元素，是不能发生化学反应的。所以，化学家下结论说，惰性气体元素不可能形成化合物。
1962年，英国年轻化学家巴特列特在进行铂族金属和氟反应的实验时，意外地得到了一种深红色的固体，经过分析才知道它是六氟铂酸氧的化合物（O2PF6），并从这个化合物中看到这样一个现象：已经达到8个电子稳定结构的氧分子居然能失去一个电子，形成阳离子，而氧是很难失去电子的，它的第一电离能（也就是原子失去电子的困难程度）比氙的第一电离能还大些。那么，惰性元素氙是否也能形成阳离子呢？而且六氟化铂是一种强氧化剂，如果让六氟化铂同氙作用，又会怎样呢？
巴特列特按照合成六氟铂酸氧的方法，在常温下把六氟化铂蒸气和过量氙气混合，结果得到了六氟铂酸氙的橙黄色固体。这是世界上第一个惰性气体化合物。接着，氙的氟化物、氯化物、氧化物也相继问世，而且，氟化氡、二氟化氩等惰性气体化合物已有数百种之多。
惰性气体化合物的合成成功，给了科学家又一次启示：科学是无止境的，今天的真理，明天很可能变成谬误。只有勇于探索，人们才能永远站在真理一边。
分子量和原子量
所谓分子量是指分子内各原子的原子量的总和。如二氧化硫的分子量是：32＋16×2＝64。
需要说明的是，原子量是相对质量，所以分子量也是相对质量，也没有单位。分子量是单质或化合物以分子形式存在时的相对质量。离子型化合物和直接由原子构成的物质，因为它们一般不存在单个的分子，所以也无所谓分子量。但可以用它们的化学式来计算它的式量。例如，SiO2（二氧化硅）的式量是28＋16×2=60。
国际上有关原子量的标准，经过多次改变才得以确定。化学上最早曾采用天然氧16作为原子量的标准。1929年发现，自然界里的氧含有O16、O17、O18三种同位素，因此用天然氧16作为原子量的标准就显得不够准确。随后物理界改用O16等于16作为原子量的标准。由于标准不同，出现了物理和化学两种不同的原子量，容易引起混乱。因而到1961年8月，国际上才正式决定采用C12的质量的1／12作为原子量的标准。
用C12作为原子量的标准，可以把物理和化学原子量统一起来，而且这样求得的原子量跟原来化学原子量相差很小（相差不到十万分之四）。
1摩尔中含有多少分子
根据1971年第14届国际计量大会批准的，国际计量委员会于1969年提出的摩尔定义指出：“摩尔是物质的量，该物体中所包含的结构粒子数跟0.012千克碳12的原子数目相等。”在使用摩尔时应指明结构粒子，它可以是原子、分子、离子、电子以及其他粒子或是这些粒子的特定组合体。摩尔是表示物质的量的单位，每摩尔物质含有微粒数如下：1摩尔的氢含有6.02×1023个氢原子；1摩尔的氢气含有6.02×1023个氢分子；1摩尔的水含有6.02×1023个水分子；1摩尔的氢含有6.02×1023个氢离子。
质量守恒定律
质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。也就是说，在化学反应中，反应物的总质量等于生成物的总质量。
质量守恒定律的发现过程，经历了几个世纪。早在17世纪，中国思想家王夫之就提出过朴素的物质不灭的思想，但并没有引起人们的重视。1756年俄国化学家莱蒙诺索夫根据锡放在密闭容器内燃烧的实验，得出参加反应的全部物质的质量，等于全部生成物的质量这一结论。接着，1777年，法国拉瓦锡经过多次实验进一步加以验证后，这一定律才得到科学界的公认。因为化学反应中物质没有增加也没有减少，所以质量守恒定律又叫物质不灭定律。
需要指出的是化学反应是反应物原子间重新组合的过程，反应前后原子的种类没有改变，原子的数目也没有增减，所以反应的过程只是化学键的破裂或重组的过程，因此，反应前后各物质的质量总和总是相等的。
复杂的原子结构
原子的个头非常小，我们用肉眼根本无法看到，但它的内部构造却很复杂，结构也十分完备。
我们知道，太阳系的中心是太阳，太阳周围的大小行星在围绕太阳不断运动。原子好像一个太阳系，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的带负电的电子在不断运动。原子核的体积很小，假如把一个原子比喻成篮球那么大，那么原子核就是比针尖还小的一点，但是这比针尖还小的原子核却集中了差不多整个原子的质量。氢原子核是最小的原子核，它的质量是电子质量的1836倍。
原子核体积虽小，却具有复杂的结构，它由两种小的微粒组成，这两种微粒是质子和中子。质子和中子的质量相同，质子带正电，中子不带电。不同类原子核中有不同数目的质子和中子。
氢原子的原子核是结构最简单的原子核，仅由1个质子组成，在氢原子核中没有中子。惰性气体氦的原子核是由2个质子和2个中子组成。氧原子核是由8个质子和8个中子组成的。
一个原子核中所含质子的数目，叫作核电荷数。核电荷数相同的同一类原子称为同种元素。自然界的各种元素，在元素周期表中是按它们的核电荷数排列的，核电荷数为几就称作第几号元素。例如氢是第一号元素，氦是第二号元素，氧是第八号元素等。
元素符号的语言作用
人们见面的时候通过握手表示友好，这是通用的一种表达方式。类似于人类表示友好的“符号”，化学也有自己的符号，它是化学世界的共同语言。我们初次接触化学时，化学内容复杂，术语繁多，让人理不出个头绪。有了化学符号，掌握其中的规律，化学就变得有章可循，学习也就容易了。
1860年，世界上制订了统一的化学元素符号，使各国科学工作者之间有了共同的、统一的化学语言。
一个元素的化学符号，就好像英语中的字母。英语共有26个字母，而化学元素符号目前有百余个。元素符号有三个意义：一是代表一种元素；二是代表这个元素的一个原子；三是代表一摩尔原子的该元素。例如，化学符号Ca可以代表元素钙，也可代表一个钙原子或者代表1摩尔钙原子。
化学元素符号用这个元素的拉丁文开头字母表示。有些化学元素的拉丁文开头字母是相同的，就在开头字母旁边写一个小写字母，这个小写字母，是这个元素拉丁文名的第二个字母，如铁写作Fe，铜写作Cu。如果元素的拉丁文名第一、第二个字母都相同，那么就用这个元素拉丁文名的第三个字母作为小写字母。例如砷、银、氩三种元素的拉丁文名，第一、第二个字母都是“ar”，按照上面所说的方法，就把它们的符号分别写作As、Ag、Ar。
分子式的词汇作用
化学家已发现109种元素，这些元素的原子，用不同的方式结合就可以产生各种各样的物质。例如，水是由水分子组成，水分子是由1个氧原子和2个氢原子组成。如果用文字来表达物质的组成，不但非常麻烦，而且各国文字不同，很难统一，如果水用H2O表示，就简单多了。
这种化学王国的统一词汇，是许多年研究的成果。现在，我们可以方便地书写物质的分子式了。单质的分子式，是在组成这种单质的元素符号右下角标上原子的个数。如氮气——N2；氧气——O2；铜——Cu。
假如是化合物，只要事先知道组成这种化合物的一个分子中各原子的个数，就可以写出该化合物的分子式然后依据正价原子在前，负价原子在后的原则，分别标上数字即可。如，水分子为H2O；生石灰为CaO；盐酸为HCl。