1.2　“化学”的含义

化学的中心含义在“化”字。化指变化、转化、造成万物之造化等。在五彩缤纷的世界中，各种事物都在不停地变化着：日出日落、刮风下雨、人身体长大、树木长高、烧火煮水、麦粒磨成面粉、大米煮成熟饭等等。自然科学各个学科分别研究各种变化的规律：天文学研究宇宙各星体运行变化规律，气象学研究各地的阴晴雨雪，生物学研究动植物的生长规律，物理学研究各种物质的物理性质和物理变化，化学研究各种物质的化学性质和化学变化。什么是化学变化？下面通过一些实例来讨论说明。

例一　水在电炉中通过加热变成水蒸气，这是物理变化；水在电解槽中通电电解，在两个电极上分别放出氢气（H₂）和氧气（O₂），这是化学变化。

例二　将石墨拌和些黏土及其他配料做成铅笔，在纸上写字，石墨粘在纸上，这是物理变化；将石墨放在加催化剂的炉中，加上高压、高温，石墨转变为金刚石，金刚石和石墨的化学成分，都是由碳原子组成，但原子间的排列方式和化学键却发生变化，性质也全变了，这是化学变化；将石墨作电极放电，有一部分变成球碳分子，如C₆₀，这也是化学变化。

例三　将葡萄粒榨汁，加些蔗糖，变成一杯饮料，这是物理变化；将这带葡萄皮的加糖葡萄汁，密封在瓶中，过半个月，经过发酵，变成葡萄酒，这是化学变化。

例四　分别将氯化钠、三氧化硫、氯化氢气、蔗糖和乙醇等加入水中，变成盐水、硫酸、盐酸、糖水和酒精。通常前三者是化学变化，后两者有不同看法。因为NaCl在水中解离为Na^＋和Cl^-，并和H₂O结合成水合离子；SO₃和水作用生成硫酸（H₂SO₄），并解离成H^＋（H₃O^＋）和；HCl和水作用生成盐酸，并解离成H₃O^＋和Cl^-。对于蔗糖和乙醇溶于水变成糖水和酒精（或酒水）的过程，有人认为它们是物理变化，因为在溶解过程中这两种分子内原子的连接方式和化学键都没有变化，当溶液通过蒸发将水除去，依然得到蔗糖和乙醇两种物质；有人认为这两种物质在溶解时，改变了分子间的氢键等作用力，在溶液中又和水分子有水合作用，应当是化学变化。实际上物质的溶解度、溶解热、溶液的性质和溶液的浓度等基本上是化学家在进行研究。至于气体的混合过程则是物理变化。

人们进行劳动操作，没有大量地引起原子间化学键变化者都属于物理变化。例如将木头锯断、将弯曲的弹簧拉直、将钢铁锉成粉末等都不是化学变化，而是物理变化。

化学变化又称化学反应或化学作用。由上面几个实例可见，化学变化是物质中原子间的排列方式和化学键发生改变的变化。将铁丝锉成粉末，粉末的粒径虽然小到0.1毫米，但是这个尺度相对于钢铁中原子间的距离仍然大上数万倍，在一小粒铁粉中，铁原子数仍超过万亿个，这些原子的排列方式和化学键依然和铁丝中的情况一样，它们的性质也相同。

化学变化的内容非常丰富多样。例如在同一个煤炉中烧煤，炉门开大一点，进到炉中的空气多一点，燃烧生成的气体中主要是二氧化碳，一氧化碳很少；若将炉门关小，进到炉中的空气少，燃烧生成的气体中一氧化碳含量会大增。冬天用煤炉烧煤取暖，一些人因煤气中毒丧命，就是由于供给燃煤的氧气太少，产生大量一氧化碳所致。

在石油化工中，用同一种原料，改变反应器中供给其他辅料的成分，改变反应器中的催化剂、温度和压力等条件，可生产出多种不同的产品。例如用乙烯为原料，可得聚乙烯、环氧乙烯、氯乙醇、乙醇、乙酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯等上千种产品。

化学反应的速度因不同的成分和条件而异，差别极大。将米煮成饭，即将淀粉和水作用生成糊精和葡萄糖，常压下要20分钟；而在高压锅中，只要5分钟。用天然气点火燃烧加热，若不谨慎小心，阀门没有关严，天然气漏到关闭门窗的厨房中，当达到一定的浓度，一个火星就会引发大爆炸，伤及房屋和人员。

从上面介绍的几个例子可见，化学是深入到物质内部原子和分子层次了解物质变化规律的科学。化学反应和化学知识关系到人们的衣食住行和日常生活的方方面面。