物质是什么？小到粒子，大到宇宙。世间万物都是物质。有些物质在人类诞生时就已经存在。有些物质是人类利用科技创造出来的。人类对物质的探索从未停止。让我们跟随科学家的脚步，了解物质的构成、分类、形态及变化，从新的角度去认识世界吧！

张洪齐，韩国科学技术院（KAIST）化学博士，曾任美国佐治亚理工学院研究员。现为韩国光云大学化学系助理教授，教授无机化学和纳米化学。专注于研究各种元素制成的纳米材料及其在医药领域的应用的同时，着迷于科普写作和讲座。梦想是去接触和了解世界上存在的所有元素。

1 物质的诞生
“宇宙大爆炸”的产物
——物质和能量
物质的构成
物质的分类
元素的形成
2 走进化学的世界
元素与原子
“元素说”与“原子说”
原子论的进一步发展
原子的质量
两种特殊的物质
东方文明的“五行学说”
东西方文明的化学交流
3 物质的形态
变化莫测的物质
物态的变化
温度——物态变化的大功臣
神秘的压力
凝胶、溶胶、等离子体
4 和物质有关的计量单位
温度的计量单位
压强的计量单位
浓度的计量单位
5 沸点、凝固点、熔点
蒸发与沸腾
凝固点与熔点
沸点与凝固点
6 化学反应的魅力
阿伏伽德罗常量
化学方程式
可逆反应与不可逆反应
7 化学反应的作用
分子的种类=原子的组合？
化学反应与原子排列
化学反应与反应速率
8 热爱无秩序的物质
放热反应与吸热反应
热传递与反应速度
自由度与无序度

物质的奥秘
物质是什么？翻开词典
，我们能得到很多不同的
定义，这些定义有的很笼
统，有的比较具体。有的
将物质抽象地解释为“物体
的本质”；有的则从科学的
角度出发，将其解释为“自
然界中，具有一定质量和
体积的构成要素”；有的则
从哲学的角度出发，认为“
物质是决定意识的客观存
在，它具有时间和空间两
种存在形式，具有运动的
属性”。
可以说，物质是世间万
物的总称。它既包括我们
得以立身的土地，也包括
天空中的云朵和星星。有
些物质在人类诞生时就已
经存在，比如木头、石头
、铁、空气等。还有不计
其数的新物质，是人类利
用科学技术创造出来的，
比如洗发水和塑料等。
我们为什么要探索物质
的奥秘呢？因为我们身边
的一切都由物质构成，只
有了解物质，我们才能在
生活中趋利避害。另外，
了解物质还可以满足我们
的好奇心。
物质是什么时候产生的
？在哪里产生的？人类又
是如何利用它们的？举个
简单的例子，水是我们身
体的重要组成部分，也是
我们最为熟悉的物质。可
是，我们对水也会产生无
数的疑问。比如，为什么
在低温条件下，水会变成
坚硬的冰呢？满满的一杯
水，为什么会不知不觉地
消失呢？
古往今来，很多哲学家
和科学家都致力于探索这
些物质和与之相关的现象
，他们也提出了很多假说
。例如，为了解释物质的
构成，古希腊哲学家恩培
多克勒（Empedocles）综
合了前人的看法，提出了“
四元素说”，柏拉图（Plato
）和亚里士多德
（Aristoteles）也非常支持
这一学说。“四元素说”认为
，世界由水、火、土、气
这四种元素构成。在科技
高速发展的今天，这一学
说或许显得漏洞百出。但
在当时没有任何实验装置
，仅仅依靠观察和逻辑推
理的情况下，能提出这一
学说，也是非常不容易的
。此后，科学家们前赴后
继，英国化学家道尔顿
（Dalton）提出了具有划时
代意义的“原子论”；还有一
些无名可查的炼金术士，
他们虽然屡屡失败甚至遭
人非议，但是也为科学的
发展做出了巨大贡献。正
是由于他们的执着和努力
，我们现在才能了解到关
于物质的更多内容。
提到原子，我们不禁要
问：“那小小的原子源自哪
里呢？”对于这个问题，我
们认为“宇宙大爆炸”假说最
有说服力。该假说认为，
在宇宙中曾发生过大爆炸
。爆炸产生了能量，能量
转化为质量，从而产生了
微小的原子。
关于物质起源的探索，
除了“宇宙大爆炸”假说，还
有我们提到过的“四元素说”
。虽然现在看来，“四元素
说”是不科学的，但这一学
说曾经统治了西方世界约
2000年之久。那么，当“四
元素说”被推翻时，支持这
一学说的人们会是什么心
情呢？他们也许完全不能
相信，也不愿意相信这一
事实。就像现在，我们认
为“宇宙大爆炸”假说最具说
服力，但或许未来某一天
，这一假说也会像“四元素
说”一样被推翻。到那时，
人们会不会也只是把“宇宙
大爆炸”假说当作一个浪漫
的幻想呢？我们没办法预
测未来，但可以肯定的是
：只有一代代人不断地怀
疑“真相”，前赴后继地努力
探索，科学才会持续发展
下去。
现在就让我们一起来探
索物质的奥秘吧！首先，
我们将从微观的角度出发
，解开有关物质的一些谜
团。比如，物质是如何产
生的？构成物质的最小单
位是什么？然后，我们将
进一步了解物质的各种形
态变化，探究新物质产生
的过程。接着，我们会从
宏观的角度出发，了解物
质秩序的变化。当我们分
别从微观和宏观的角度加
深了对物质的了解以后，
我们或许会对身边很多常
见的物质产生全新的认识
。

本书是面向青少年，特别是面向小学高年级和初中学生的科普读物。图书从物质的诞生、化学的开端、物质的存在形式、衡量物质状态的三个标准、物质状态的变化、化学反应、分子和原子等方面介绍了物质这一化学领域的基本概念，也解答了“为什么说原子是物质的基本单位”“为什么同一种物质会以各种形式存在”等化学领域的基本问题。作者在带领读者认识物质的同时，也让读者们认识到物质在我们日常生活中的应用，从而激发读者们的好奇心和想象力。

我们在看书或者看新闻时，经常会遇到“物质”这个词。不同的物质会令我们产生不同的情绪。当看到“新物质”“半导体物质”“药效物质”等词时，我们会感到好奇；而看到“致癌物质”和“有害化学物质”等词时，我们会感到恐惧。也许正因为这些词很常见，所以我们对此并不会深究。
那么，这些词语所代表的究竟是什么，它们又是从哪里来的呢？想要解答这些疑惑，我们就要从各个角度去了解物质。首先，我们要认识到，世间万物都是由物质构成的。物质不仅构成了我们赖以生存的地球，而且构成了地球所在的太阳系乃至银河系，还构成了包罗万象、广阔无垠的宇宙。知道这些后，我们不禁想问：“所有这些物质是如何产生的呢？”科学家们认为，这些物质是由“宇宙大爆炸”产生的。虽然“宇宙大爆炸”假说目前还处于理论阶段，并没有被完全证实，但是这一假说已经是迄今为止最具说服力的理论了。所以，我们对物质的探索，也要从“宇宙大爆炸”开始。
“宇宙大爆炸”假说认为，大约在遥远的138亿年前，宇宙中曾发生了一次大爆炸，所有的物质都在此次大爆炸中产生，而后不断发展和变化。我们人类最早的祖先——南方古猿是在“宇宙大爆炸”之后，经过了漫长的岁月，直到距今约500万年前才出现的。“宇宙大爆炸”离我们那么遥远，我们该怎样详细地了解它呢？或许，我们可以通过普通物体的爆炸过程，推测出“宇宙大爆炸”的过程。想象一下，如果我们引爆火药或炸弹，就会听见“砰”的一声，然后周围升起刺鼻的烟雾，出现四处迸溅的火花和迅速弥漫的热浪。因此，宇宙中发生大爆炸时，周围一定也会产生一些东西。为了认识和了解这些东西，我们创造出了时间和空间的概念。
那在时间和空间出现之前，宇宙中有什么呢？答案是“什么都没有”。这跟我们在日常生活中感受到的“空着”或“无法感知”的状态不同，是真正的“什么都没有”。这么说可能有些抽象，但我们可以试着想象一下：我们走进一个空空如也、漆黑一片的房间，看不到任何东西，即使努力地挥舞手臂，也无法触碰到任何事物。这就是大爆炸前的宇宙吗？并不是，因为即使看不见，我们还可以挥舞手臂，那就证明这里存在三维的空间。并且，即使我们只是安静地站着，我们也能知道时间在不断流逝。在大爆炸之前，宇宙中可是连时间和空间都不存在的。当时的宇宙处于我们无法认知的状态，所以，我们认为当时的宇宙“什么都没有”。
除了时间和空间，“宇宙大爆炸”还产生了什么呢？普通的爆炸会产生烟雾，“宇宙大爆炸”会不会产生物质呢？这些物质又会产生星系和恒星吗？实际上，“宇宙大爆炸”最初产生的是能量。提到能量，大部分人会想到光和热。
光和热这两种能量是看不见、摸不着的。它们为何被看作“物体的本质”呢？为了更好地回答这一问题，我们应该从“物质是由什么构成的，又能转化成什么”的视角来看待物质，而不应该把物质仅仅看作人们看得见、摸得着、硬或软的某样东西。爱因斯坦（Albert Einstein）在“狭义相对论”中提出了质能方程：E=mc2，即能量（E）等于质量（m）乘以光速（c）的平方。这是世上最有名的公式之一，它帮助我们解开了上述疑惑。我们很容易找到这个公式在现实中的应用，核裂变现象是其中最具代表性的，利用此现象，人类创造出了世界上最可怕的武器——原子弹。除此之外，核聚变现象也适用于这一公式。正是因为核聚变现象，太阳才会发光、发热。
P2-6