1.1　什么是化学？

（What’s Chemistry？）

化学是一门关于如何创造新物质的科学，它的任务是研究物质的性质、组成、结构和化学变化及其能量变化的规律。从“化学”二字的中文含义讲，化学是一门关于变化的科学，或者也可以说，化学是一门关于创造前所未有的新物质的科学。

在现实生活中，化学可谓无所不在，化学研究的对象也是包罗万象。从星际空间有机物的进化到地面上造化万物的聚散离合，再到地层深处矿物的生成和利用，化学的对象几乎包括整个物质世界。由于物质世界永远处于动态变化之中，因此化学注定会成为我们认识物质世界的重要科学工具。

化学是神奇的。在悠悠历史深处，化学发源于古人对于神秘力量的敬畏和追求。早期的金丹术士试图跨越生命和财富的自然极限，为追求更美好的人生而努力。“尽管他们失败了，但是他们却完成了更伟大的工作！”（Ralph Waldo Emerson，美国作家、哲学家）。在金丹术士们追求长生不老以及把黑铅变成黄金的过程中，人类学会了化学实验，学会了观察总结实验现象，学会了客观分析和思考。终于在17世纪末，化学作为一门科学诞生了。尽管化学并没有真正把铅变成黄金，但是她创造了更可宝贵的东西；尽管化学也并没有带给我们长生不老之药，但是她带给我们健康与长寿，带给我们新的、科学的生活方式。化学延续了她最初的神奇。化肥和杀虫剂促进了粮食生产，使许多国家和无数人民摆脱了饥饿的威胁；塑料制品的普及大幅度降低了日用品的价格，使无数普通人能够过上以前只有少数人才能拥有的生活；青霉素以及其他药物的人工合成和批量生产拯救了无数垂危的生命，使无数家庭免于破碎；化学燃料和功能陶瓷的制备与技术革新推动了航天技术的发展，使人类得以实现飞天的梦想。当我们回顾人类的前进足迹时，总是可以看到化学家的身影。化学之神奇令人叹为观止。

图1.1　化学是一门中心科学

化学是一把开启自然奥秘的钥匙。当我们在襁褓中睁开双眼、一天天长大的时候，大千世界的无穷变化就时时令我们惊奇：花儿为什么会那么鲜艳？铁器为什么会生锈？蜡烛为什么会燃烧？篝火为什么会发出炙热的光芒？一个个问题不时涌现在我们的脑海之中，而化学就是解答这些问题的钥匙。在化学史上，正是类似的问题推动着化学的进步。化学家在好奇心和社会需求的推动下，积极探索未知世界，搜寻心中问题的答案，揭开自然的奥秘。与此同时，化学本身也在实践中不断发展壮大，成为今天的三大基础学科之一。例如，花瓣的颜色引出了酸碱概念以及酸碱指示剂，金属的腐蚀引出了氧化还原问题，蜡烛的故事引出了燃烧的本质问题，等等。在寻找问题答案的过程中，化学家逐步建立起严谨的实验规范，发展出有效的实验技术，并通过归纳推理，描绘自然的法则。

化学是人类的无价财富。化学不仅可以化腐朽为神奇，不仅可以满足人类的好奇心和求知欲，也能解决我们身边的现实问题。在工业文明高度发展之后，人类的生存环境遇到了前所未有的挑战。化石能源的过度开采使得能源危机成为人类社会挥之不去的阴影，人类活动的不断扩大导致了水资源以及其他自然资源的日益枯竭。能源与环境问题已经成为限制人类发展的羁绊，而化学可以帮助我们在荆棘丛生中开辟出一条可持续发展之路。很多新能源，如太阳能、核能的开发、存储和利用以及节能材料的发展都与化学密切相关，环境的保护和恢复也需要化学工作者的不懈努力。当新时代来临的时候，我们会发现化学变得越来越重要，化学已经成为人类迎接未来各种挑战的有力武器。

尽管化学已经取得了巨大的成就，但是一般大众对于化学的印象可能仍然是相当模糊的，人们仍会习惯地把喷着浓烟的烟囱、有害的气体、发出呛人气味的废水、食品添加剂等等与化学联系起来。但是人们也许没有想到，所有“天然的”物质也都是由化合物组成的，天然与化学并无必然界限。在正常的操作规程下，某些有害化学品的危害是完全可以避免的。我们学习化学知识，就是为了将来可以利用化学制品为人类造福，为社会的进步作出贡献。