中国古代劳动人民的创造
原始社会初期，人类使用的劳动工具主要是石器，是简单而粗糙的石块。当时人们就借助这样的工具猎取野兽，挖掘可食植物的根茎。历史上把这个时期称为旧石器时代。
在二三百万年漫长的旧石器时代里，人们慢慢学会制造磨光的、比较精致的石头工具，于是人类社会逐渐进入新石器时代。
根据历史学家和考古学家的研究和考证，在新石器时代里人类已经使用火了。
迄今为止，人类很早就会用火的有力证据之一是在北京市房山县周口店距今约50万年前北京猿人生活的地方，发现有很厚的灰烬和一些经火燃烧过的动物骨骼化石和灰土。灰烬不是散漫地存在于整个地层，而是在一定部位一堆堆地分布着。这说明它不是野火的迹象，而是有意识用火的结果。
1981年12月29日《光明日报》报道：“据《华盛顿邮报》11月26日报道，由美国、加拿大和英国的4位人类学家组成的一个小组在非洲肯尼亚的切苏瓦尼亚地区发现了142万年前的石器和40块烧过的泥土碎块，经化验发现，这些泥块在通常的篝火温度（400℃）下烧烤过。”这样，人类开始用火的时间就可能被再推早100万年。一般认为，大约160万年前，非洲直立猿人就开始用火了。
自然界发生火的原因很多。例如：长期干旱和雷电都可能使森林、草原起火；火山爆发喷放的熔融岩浆会烧着周围的草木；森林中堆积的朽草、枯叶在一定条件下会发生自燃；石油和天然气等外露的矿苗经干旱和温度升高也会起火。但是只有人类社会发展到一定阶段，火才能被人们利用和控制。
火是物质在空气中氧气的作用下进行剧烈化学反应发出光和热的现象。火的利用是人类在化学中第一个重大的发现。人类由于利用了火，因此不仅有了防御野兽侵害的武器，而且使人类的饮食从生食改变为熟食，缩短了消化过程，从而促进了人类机体的生理变化和发展。人类还利用黏土烧制陶器，这是最早创造出来的化学制品。
在烧制陶器的过程中，选料不断精细，从在地面上堆放干柴草烧土坯到建窑，焙烧温度逐渐提高，并且人们发明了釉料，使陶器的制造过渡到瓷器的制造。瓷器的发明大约比陶器晚几千年。
我国是世界上最早制成瓷器的国家。在河南、江西、江苏、安徽、甘肃等地距今三千多年前的我国商代遗址中，都发现了完整的原始青瓷器。距今约二千多年前的我国汉朝，由于原料配方、生产工艺和高温技术的不断改进，制品达到了瓷器的基本要求，出现了真正的瓷器。这种瓷器已很精细而美观。可以说，我国从商代出现原始瓷器开始，到汉代已完成了由陶向瓷的过渡。在后来的年代里，我国的瓷器制造不断发展。到公元618年～907年我国唐代出现了绚丽多彩的“唐三彩”瓷件。稍后五代时的青瓷称盛一时，被称赞为“青如天，明如镜，薄如纸，声如磬”。
我国的瓷器早在8世纪左右的唐代经“丝绸之路”西传，由阿拉伯、小亚细亚地区和埃及传到欧洲。这可能正是英文中“中国”和“瓷器”都用同一个词“china”的原因。
随着制陶技术逐渐成熟，为金属冶炼、铸造提供了必要的条件。这包括冶炼和铸造所需要的高温技术、耐火材料和造型材料，等等。
随着火的发现和利用，人们获得了木炭。木炭在古老的金属冶炼中被用作燃料，而且是还原剂。
金、银等金属在自然界中以单质状态存在，它们发出耀眼的金属光辉，长时间不锈蚀，吸引着人们的注意，它们是人类最早发现的金属。
铜、铁、汞、锡、铅等金属的矿物在自然界中分布广泛，并且多以氧化物、硫化物或碳酸盐的形式成矿。它们是人们最早经过冶炼而获得的一些金属。当含有这些金属的矿石偶然落进古人的篝火中时，它们经过分解、氧化、还原等化学过程，便生成有闪烁光泽的金属，引起人们的注意，这可能就是金属冶炼的开端。
金属冶炼和铸造带给人们金属的劳动工具，使人们从石器时代步入了金属时代。
在金属冶炼的同时，古代劳动人民还创造了玻璃，这是一种硅酸盐化学物质。传说居住在地中海沿岸现今的约旦等地的古腓尼基人，一次在航海中把船停靠岸边，在海滩上用船上运送的天然碱块和海滩边的石块支起锅，烧火做饭，饭后他们在灰烬中发现了透明晶亮的玻璃，这样就发明了玻璃的制造。这只可能是按照制造玻璃的原料——砂子（Si O2）、石灰石（Ca CO3）、纯碱（Na2CO3）编造出来的传说。在海滩上烧火是达不到这些原料的熔融温度而进行化学反应的。实际上玻璃的制造是在烧制釉陶窑中达到一定温度后偶然出现的。埃及人大约在公元前3400年间制成玻璃珠，公元前1550年埃及人制造的一个蓝色玻璃瓶现仍保存在英国的大英博物馆中。
我国玻璃制造从西周开始。在陕西宝鸡市茹家庄一古墓中挖掘到玻璃珠、玻璃管、玻璃片等约千件，据考证是公元前10世纪的实物，此时，正好是我国西周朝代。1978年夏，在湖北随县（现为随州市）擂鼓墩战国墓中出土的玻璃珠是公元前约433年的实物，珠形均匀，雕工精细并穿孔，穿成一串。
古代人们步入金属时代后，原始的狩猎经济开始让位给农业和畜牧业。
农业和畜牧业的兴起带来的是酿造、鞣革和漂染业。
鞣革是利用化学物质把动物皮转变成革。动物皮干时坚硬，遇水容易腐烂，一些化学物质能与动物皮中的蛋白质结合而成为柔韧、经久耐用的革。五倍子（或称子）是我国很早用来鞣革的化学物质。它是盐肤木叶上五倍子蚜虫所形成的干燥虫瘿，其中主要的化学成分是单宁酸，是鞣革的主要成分。此外，还含有树脂、脂肪、糖类等。
人们利用天然有色物质染丝、棉、毛织品等很早就开始了。古书的记载和出土的文物，都说明了我国早在西周时代已经明确分煮、渍、暴、染4个步骤染色，并设“染人”这一官职。我国古代染色是采用天然植物中所含的色素，如染青蓝色的靛蓝。这是一种存在于靛蓝草枝叶中的物质，经发酵后产生可溶性的白色溶液，将织物浸泡在这种溶液中后取出，在空气中氧气的氧化作用下生成不溶于水的青蓝色，它耐日晒、水洗和加热。至今我国苗、瑶等少数民族的蜡染工艺，就是先用加热熔化的蜡液在白布上描绘图案，然后放进靛蓝草发酵后的白色溶液中，经空气氧化后用水煮，把蜡脱去而成。这种技艺从汉代已开始，唐代已盛行。现今的靛蓝已用化学方法制成。
还有染红色的茜草，在它的根茎中含有红色素，也是经发酵后生成的，用明矾等作媒染剂将织物染成红色。还有染黄色的栀子，又称黄栀子，是一种小灌木，开白色的花，很香，花后结果，果供染色。
古埃及人、古印度人也用靛蓝、茜草等作染料。据说埃及几千年前包裹木乃伊的青色麻布是用靛蓝染成的。印度人还用一种寄生在不同植物上的胭脂虫体中所含的红色素染色。古希腊罗马人也用另一种动物染料，是一种贝壳类动物，分泌一种液体，暴露在空气中后由黄色经绿色和蓝色，最后变成紫色，是一种名贵的紫色染料。
正是古代人们在社会生活和生产实践中观察到：木材在空气不足下燃烧成为炭；黏土制成不漏水的陶器；砂子和石块可烧成透明的玻璃；绿色含铜的孔雀石变成黄色的铜；谷物变成醇香的酒；白色的布匹可染成鲜艳的各种颜色……从而使人们认识到物质在变化，物质能变化。
中国古医药化学家们的发现
从远古时代起，人们在获取食物维持生存的斗争中，经过长期实践和探索，慢慢能辨别出哪些是有益的和有毒的食物，并利用许多天然物质，如植物的根茎、皮果，动物的内脏和器官以及各种矿物来治病强身。这些物质由民间传到医生们的手中，成为药物。接着医生们专业地从事寻找、配制，发现了各种能医治疾病的物质。
有一个典型的有史实可查的例子是：南美洲厄瓜多尔有一个印第安人患疟疾，口渴得要命，他爬到附近一个小池塘边喝了许多水，顿时觉得病情好了许多。这时他发现有许多树浸泡在这个池塘里，使水的味道很苦。他将此事告诉其他印第安人，此后印第安人开始用这种树皮的浸泡液治疗疟疾。后来有一位印第安的酋长向一位西班牙的传教士透露了这种树皮的功效。这位传教士用它治好了当时居住在厄瓜多尔邻国秘鲁的一些西班牙人，包括西班牙占领者派驻秘鲁的总督辛可（Cinchon）伯爵的夫人。其后，大约在1640年间传到西班牙，这种树皮就被称为辛可娜（Cinchona）。西班牙国王下令保护这种名贵树木，控制出口，但后来却被英国的研究人员偷走了种子，在印度尼西亚的爪哇岛试种成功，并建立了大种植园。直到1826年，法国药剂师佩尔蒂埃（P。J。Pelletier，1788～1842）和卡万图（J。B。Caventou，1795～1877）从这种树皮中提取出有效成分奎宁（quinine）。这个名称取自秘鲁的这种树的名称奎那（Quina）。它传到我国后，从辛可娜音译成金鸡纳霜，因为它是白色粉末，形似霜。于是奎宁成为世界各国普遍用来治疗疟疾的药物。现在已经可用化学方法制得它。
还有一个例子是，番茄科属（Atropabelladonna）和曼陀罗属（Daturastramonium）一些植物中含有一种植物碱，叫颠茄碱。它是无色晶体，剧毒，医药上用途很广。不仅用它治角膜炎、虹膜炎、放大瞳孔，还可用于治疗神经痛、气管炎等病症。西方称它为阿托品（atropine），取自它的拉丁名称atropa。拉丁名称中的belladonna是由意大利文bella（美丽）和donna（女郎）联缀起来的，因为古希腊妇女早就用此植物煎剂滴眼，引起瞳孔扩大而显得漂亮。我国也很早就知道与颠茄成分相似的植物莨菪和曼陀罗。我国古代以莨菪的种子作为药用，称为天仙子，食后中毒症状是狂浪放荡，因此名莨菪。曼陀罗传到医生手中被用作麻醉药。《三国演义》中关云长在襄阳与曹仁打仗，中了流箭，请医生华佗（145～208）刮骨疗毒，而关云长“饮酒食肉，谈笑弈棋，全无痛苦之色”。这是因为华佗配制了一种麻醉药，叫麻沸散，就是曼陀罗的酒精浸剂。
西方医药史上最著名的古希腊医药学家希波克拉底（Hippokratēs，约公元前460～公元前377）已经使用了260种药物。如强心药海葱、泻药驴奶、催吐药白藜芦、麻醉药莨菪等。
最有名的阿拉伯医药学家伊本辛纳（Ibn Sina）[欧洲人称他阿维琴纳（Avicenna）]（980～1037），在他编著的《医典》中，收集了希腊—印度医生们常用的药物，又增添了几百种，特别是用水银制成的药膏，成功地用来治疗皮肤病。
到14～15世纪，瑞士医生帕拉塞尔苏士（Paracelsus，1493～1541）大声疾呼：化学的目的不是制造黄金，而是制取药物。把炼金术引向了医药化学！
他认为人体是一座化学实验室，在这座实验室里有一位化学师，叫Archeus，居住在人体的胃中，掌管人体化学功能的操作，把食物分成有用的和无用的两部分。他从而开创了生物化学。
紧接着比利时医生海耳蒙特（J。B。Van Helmont，1580～1644）的《医学入门》，在他死后的1648年出版了。他论述到酵素，认为没有酵素的作用，物质不会引起变化。可以说，他已经提出催化剂的概念了。
海耳蒙特已经知道胃液中的酸对于消化是必需的，但是过量的酸会引起不适和疾病。海耳蒙特还清楚地认识到各种化学过程中会产生气体，从而建立了气体的概念。
荷兰医生塞尔维乌斯（dele Boe Sylvius，1614～1672）提出，人和动物身体中各种生命过程都是化学的。他认为呼吸和燃烧是类似现象，都需要空气。
中国古医药学是一个伟大的宝库，曾对世界医药发展作出了巨大贡献。《神农本草经》是我国最早的药物专著，成书在东汉末年，即公元一二世纪。书中载药365种。后来历代有关本草的著作很多。
“本草”顾名思义是论述植物药品的，但是实际上包括动物、植物和矿物3类物质。动物和植物的组成成分很复杂，除一般碳水化合物（糖）、蛋白质、脂肪等外，还有生物碱、配糖体、维生素、激素等，都是结构复杂的有机化合物，而矿物虽多，但都是较简单的无机化合物，是混合物而非纯净物质。古人在使用这些物质时只是凭借经验，认识其中主要的有效成分的一些性能。
我国医药书籍中也有很多不用“本草”的，如唐代名医孙思邈著的《千金要方》，记载了很多特效药，如用白头翁、马齿苋、苦参、黄连医治痢疾，槟榔治绦虫，龟甲治软骨病等。他还创造性地用动物肝脏治雀目（夜盲症）。今天已知夜盲症是由于缺少维生素A引起的，而动物肝脏中正富含维生素A。他还用谷白皮熬粥治脚气病，并用大豆、防风、车前子等治疗此病。今天知道这些物质中富含维生素B1，人体正因缺乏维生素B1而患脚气病，脚气病的症状是两脚无力。唐代的《外台秘要》中记有20～30种含碘的海藻、昆布（海带）等医治大脖子病（甲状腺肿），欧洲人大约到12世纪初才知道用海藻治疗。
唐代是我国医药的发达时期。那时已用鸡的胃内膜医治消化不良，因为膜上富含消化酶，酶是一种蛋白质，是一种催化剂，不同的酶催化不同物质进行化学变化；还用胎盘作强壮剂，因为胎盘中含有激素，激素又称荷尔蒙，是人和动物内分泌腺分泌的物质，具有维持身体新陈代谢的功能。
明代李时珍（1518～1593）总结并发展了前人的经验，在实践的基础上从1552年至1578年完成了190万字的《本草纲目》。1647年被欧洲摘要译成拉丁文，书名《中国植物志》，后相继被译成英文、日文、法文、德文和俄文等，流传全世界。
李时珍出生在今湖北蕲春县，青年时随父学医，后被推荐为当时明王朝京都太医院补缺，曾反对当时嘉靖皇帝朱厚在宫中炼丹，指出丹砂里有水银，久服会“入骨钻筋，绝阳蚀脑”。后辞官返乡，重修本草。《本草纲目》中收集药物1892种，有植物类、动物类和矿物类药物。
李时珍为了进一步证实古代记述药物的真实效果，不断地在临床上应用，摸索经验，明确一些物质的医疗性能，如延胡的止痛作用、常山的抗疟作用、牵牛子的下泻作用、黄岑的降热作用、三七的止血作用、香薷的解暑作用、益母草的调经作用等，引证久服白石英（含二氧化硅（Si O2）、石钟乳（含碳酸钙Ca CO3）等矿石的危害。
我国医药化学家们不仅认识到一些物质的医疗性能，还发现一些物质的物理、化学性能。例如李时珍在《本草纲目》中说：“朴硝，此物见水即消，又能消化诸物，故谓之消。”这里的朴硝是指硫酸钠（Na2SO4）。李时珍发现它易溶于水，能与多种物质进行化学反应。南北朝时代的名医陶弘景（456～536）在他的著述中说：“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石也。”这里的硝石是指硝酸钾（KNO3），燃烧时产生紫色火焰，是钾的特征焰色反应。陶弘景发现可用它来鉴别钾的化合物，以区别硝酸钠（Na NO3）。我国古代“矾”很多，宋代《图经本草》（11世纪中期）中谈到绿矾（Fe SO47H2O晶体）时提到：“置于铁板上，聚炭封之，囊袋吹令火炽，其矾即沸流出，色赤如融金汁者是真也。”“囊袋”是指鼓风的皮囊。这是说明硫酸亚铁受热分解，生成红色氧化铁，可以鉴定绿矾，以区别胆矾（Cu SO45H2O晶体）、明矾[K2SO4Al2（SO4）324H2O晶体]。
此外，无论是我国的古医药学家还是西方的古医药学家，都发现浓缩酒有防腐、消毒、麻醉以及浸取一些物质的作用，发现砷化合物具有杀虫、治疗疥癣等作用，发现三氧化二砷（As2O3，俗名砒霜）具有剧毒。
中国的钢铁冶炼
铁矿石是地壳的主要组成成分之一，铁在自然界中的分布很广，但是人类发现铁和利用铁却比黄金和铜晚。首先，这是由于天然的单质状态的铁在地球上是找不到的，而且它容易氧化生锈；其次是它的熔点（1539℃）比铜高得多，使它比铜难于熔炼。
人类最早发现的铁是从天空落下的陨石。陨石中含铁的质量分数很高，它是铁和镍、钴等金属的混合物。考古学家曾经在今天伊拉克境内美索不达米亚（Mesopotamia）乌尔（Ur）城的古代苏美尔人（Sumerians）的坟墓中，发现一把陨铁制成的小斧。在埃及第五至第六王朝（公元前2400年前）的金字塔所藏的宗教经文中，记述着太阳神等当时重要神像的宝座是用铁制成的。这显然也是从陨石得来的，因为铁在当时被认为是带有神秘性的最珍贵的金属。埃及人干脆把铁叫做“天石”。阿拉伯人传说，天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁。在古希腊文里，“星”和“铁”是同一个词。
1972年，在我国河北省藁城县台西村的商代（约公元前16世纪～约公元前1066）遗址曾出土一件铜钺，上面镶铸有铁刃。钺（yuè）是我国古代一种像斧子的兵器。铁刃铜钺的发现表明我国劳动人民早在三千多年前已经认识了铁，掌握铁的锻造性能，识别铁与青铜在性质上的差别，能够把铁进行锻打加工并和青铜铸接成器，增强铜的坚韧性。铁刃虽已全部锈蚀，但经过科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的，因为铁中不含有人工冶炼过程夹带的硅酸盐等杂质，同时铁锈中含有镍和钴。
我国出土的用陨铁锻成的铜器还有：1931年，在我国河南浚县出土的商末周初的铁刃铜钺和铁援铜戈各一件，于解放前流入美国，现存华盛顿弗里尔艺术馆。还有，1978年在北京市平谷县南独乐河出土的商代铁刃铜钺。
由于陨石来源极稀少，从陨石中得来的铁对生产起不了什么作用。只是随着青铜熔炼技术的成熟，才逐渐为铁的冶炼技术的发展创造了条件。虽然最初提炼出来的铁在硬度和防腐蚀性能等方面都不如青铜，但是由于铁矿在自然界中的分布比铜广泛，而且铁器的好些性能比铜器好，遂使铁器能够迅速取代青铜器和石器。
我国古代人民什么时候开始使用铁，虽然说法不一，但多数历史学者和科技史研究者断定是在公元前1000年的前后。
从目前考古发掘的结果来看，我国最早人工冶炼的铁是在春秋（公元前722～公元前481）战国（公元前403～公元前221）之交的时期出现的。江苏六合县程桥镇春秋墓出土的铁条、铁丸和河南洛阳市水泥制品厂战国早期灰坑中出土的铁锛（音bēn，削平木料的平头斧）、铁（音bó，古代锄田除草的农具）是迄今为止能确定的我国最早的生铁工具。经过冶金学家们检验，铁条属于早期的块状炼铁锻成的；铁丸和铁锛、铁是生铁铸件。这些铁器证明我国在春秋晚期出现块状炼铁的同时或稍后就出现了生铁冶铸技术。人类在冶炼铁的过程中，最初因鼓风设备的限制，炼出的铁不能熔化，只是块状的海绵体熟铁，性质柔软，可锻而不可铸，不宜制作硬度较大的工具，只是在提高炼铁炉的温度后，才能得到熔融的生铁，用于铸造。
欧洲一些国家在公元前1000年前后也生产块状炼铁，但多废弃不用，直到公元14世纪才使用铸铁，其间经历了十分漫长的发展道路。而我国古代只用较短的时间就实现了这一技术的突破，出现了铸铁。
我国生铁的发明是人类用铁的重大发展，也是我国劳动人民对人类作出的一项重大贡献。英国科学史学家贝尔纳（J。D。Bernal）在他编著的《历史上的科学》（伍况甫等译，北京：科学出版社，1959年，82页）一书中写到：“在欧洲，实在直到14世纪，古代所用的铁，总是在手力鼓风的小型泥炉内，用木炭经低温还原法而制成的。把所得的海绵状的未经熔过的纯铁锭，打成比较软的熟铁条，再经锻工和熔接，就成一些更复杂的铁制品。”又写到：“在古时候，作为金属的铁却有一个很严重的缺点，就是炉中鼓风不够，就熔不了它，所以浇铸就留给青铜独用了，例外的是中国，早在公元前二世纪，中国已能铸铁。”这说明我国生铁的出现比欧洲早1000多年。
我国的生铁铸造技术，在很长的一段时期内一直处于世界领先地位。随着产量的增加和技术的提高，除铁制的生产工具、生活用具以及兵器外，又出现大型铸造的宗教艺术品。如现存的西安雁塔里的大铁钟，是唐代（618～907）的作品；世界上著名的河北省沧州大铁狮是五代后周广顺三年（公元953年）的作品；山西太原晋祠铁人是北宋年代（960～1127）的作品。
我国炼钢技术的发展也很早。汉朝赵晔所著的《吴越春秋阖闾内传》中记载着：“阖闾请干将铸作名剑二枚。干将者，吴人也，与欧冶子同师，俱能为剑……干将作剑，采五山之铁精……使童女童男三百人鼓橐装炭，金铁乃濡，遂以成剑。”阖闾是春秋末年今江苏一带的吴国君（公元前514～公元前496在位）。可见，距今2000多年前，我国劳动人民已能炼钢，而且规模还不小。文中的“橐”（tuó）按今天的字意解释是“一种口袋”，在古代是指鼓风用的皮囊；“濡”（rú）按今天的字意解释是“沾”、“渍”，在古代又作“柔韧”讲。
1978年8月5日的《人民日报》第二版刊出一则消息：“湖南省博物馆长沙铁路车站建设工程文物发掘队，从一座古墓出土一口钢剑，从古墓随葬陶器的器形、纹饰以及墓葬的形制来看，可以断定它是春秋晚期的墓葬。从而说明我国炼钢技术的出现，至少应推前200年左右，即春秋战国之交，而不是过去认为的战国中、晚期。经取样分析，这口剑所用的钢是含碳量0.5%（质量分数）左右的中碳钢，金相组织比较均匀，说明可能还进行过热处理。”
我国到西汉（公元前206～公元23）中、晚期出现了利用生铁“炒”成熟铁或制成不同含碳量的钢的炒钢技术。这是将生铁加热成半液体、半固体的状态，再进行搅拌，利用空气或铁矿粉中的氧，进行脱碳，以获得熟铁或钢。1974年在山东苍山县出土的汉安帝永初六年（112）的钢刀和1978年在徐州汉代砖室墓中发掘出的汉章帝建初二年（77）的钢剑经鉴定都是以炒钢为原料，经多次反复加热折叠锻打而成的。
欧洲用炒钢法冶炼熟铁的技术在18世纪中叶才开始出现，比我国要晚1900余年。
在汉代炒钢技术的基础上，到南北朝（420～581）时期，我国又出现了灌钢技术。这是先将含碳量高的生铁熔化，浇灌到熟铁上，使碳渗入熟铁，增加熟铁的含碳量，然后分别用牲畜尿或油脂淬火而成钢。淬火是钢铁的一种热处理工艺，是将工件加热到适宜温度，随即在水、油或空气中冷却，以提高钢铁的硬度和强度。
在欧洲的坩埚炼钢技术发明之前，灌钢法是一种先进的炼钢技术，对后世有重大影响。
二氧化碳的来历
空气中二氧化碳的含量大约占整个空气体积的0.03%。它们来自人和动物的呼出，来自煤和各种含碳化合物的燃烧以及动植物遗体的腐烂，火山爆发的时候大量二氧化碳从地下被喷入空气中。绿色植物在日光下进行光合作用的时候，从空气中吸去不少二氧化碳。江河海洋的水中亦溶解不少二氧化碳，20℃时1升水中可溶解0.9升二氧化碳。二氧化碳溶于水后形成碳酸：
CO2+H2OH2CO3
碳酸是一种很不稳定的化合物，它很快又分解成二氧化碳。这样，海洋、湖泊和河流就像二氧化碳的唧筒，不断地把它吸收和释放。
人们早已认识了二氧化碳。它从许多矿泉水中冒出来；从古老的酿酒的发酵液中冲出来；在深井和山洞里聚集着；在一些沼泽地带和湖泊周边散发着。在意大利维苏里火山周围的那不勒斯城附近有一个洞，叫做狗洞。当人领着狗走进狗洞时，狗很快倒下了，人却安然无恙。当人弯下腰去救自己的狗时，人也头晕了。这是因二氧化碳比空气重，沉积在地面上的缘故。
但是长期以来，人们不知道它是什么物质。因为它是无色、无味、无臭的气体，和空气中的其他组成气体混杂在一起。
17世纪比利时医生赫尔蒙特（J。B。Van Helmont，1579～1644）似乎知道了它和空气有所不同，在他死后的1644年出版的著述中，创造了gas（气体）一词。他在书中列出了各种气体：有风的气体，指空气；有毒的气体，指使蜡烛熄灭和聚集在狗洞里的气体；炭气体，指燃烧木炭和其他可燃物生成的气体；发酵产生的气体，指地窖中酿酒中产生的气体；硫气体，指硫磺燃烧产生的气体；野气体，指物质在容器受热分解或进行化学反应时产生的气体冲破容器，逃到空气中去的“不驯的”气体等。
直到1755年，英国医生布拉克（J。Black，1728～1799）发表焙烧碱性碳酸镁[Mg CO3Mg（OH）2]和石灰石（碳酸钙Ca CO3）的实验报告，在焙烧过程中质量减轻了，产生一种气体，因为这种气体被固定在碱性碳酸镁和石灰石中，就称它为固定空气。他认识到清澈的石灰水[Ca（OH）2]能吸收固定空气，使石灰水浑浊，重又转变成石灰石。他并且发现固定空气和人们呼出的以及物质燃烧所产生的气体是同一种气体。
1767年英国外科医生麦克布赖德（D。Macbride，1726～1778）发表关于固定空气性质的论述，指出腐烂的动物体产生固定空气，并确定空气中存在固定空气，因为清澈的石灰水放置空气中会变浑浊。
拉瓦锡把纯净的炭放进氧气中燃烧后产生了固定空气，肯定了固定空气是碳和氧组成的。他试验了固定空气的水溶液显酸性，错误地称它为碳酸气。因为它不是碳酸的气态。
在确定了固定空气的化学式后，它被命名为二氧化碳。
二氧化碳虽然本身无毒，但会使人窒息致死。人们生活在含有0.03%（体积分数）二氧化碳的空气中是正常的。当空气中二氧化碳的含量达3%（体积分数）时，对人的不良影响明显起来，这时呼吸的次数增加了。这是因为随着血液中二氧化碳的增加对中枢神经系统起了刺激作用的缘故。在人们吸入含二氧化碳更浓的空气时，就会引起身体机能的严重混乱。当空气中二氧化碳的体积分数达10%时，就会使人丧失知觉，并使呼吸停止而死亡。
由于一定量的二氧化碳能引起中枢神经系统的刺激作用，因此医生们在治疗呼吸阻塞以及一些中毒症病人时，在供给病人呼吸的氧气中特地混入6%（体积分数）的二氧化碳。
二氧化碳在某些情况下也能维持和促进人们呼吸。当人们戴着防毒面具在工作或作战的时候，当人们在高空的飞机中或深水的潜水艇里的时候，虽然可以用贮存氧气的氧气瓶来供给氧气，但是携带它是沉重的，于是就要用二氧化碳本身含有的氧来提供呼吸了。这是利用过氧化钠（Na2O2）的作用，它是一种淡黄色的粉末或颗粒，是金属钠在燃烧后生成的。过氧化钠能吸收二氧化碳，并同时放出氧气：
2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑
这样，戴上装有过氧化钠的口罩就会使自己呼出的二氧化碳转变成氧气供吸进了。
二氧化碳是一种化学性质不活泼的物质，它不会和燃着物或其附近的物质发生化学作用。它比空气重，会沉罩在火焰周围，把空气和燃烧物隔离开来，因此被用来灭火。我们现在的《化学》课本中展示了两种常用灭火器：
（1）泡沫灭火器。其内部结构是筒子里悬挂着一个小瓶，瓶里和瓶外分装着两种不同的溶液。使用时将灭火器倒转过来，两种溶液充分混合，进行化学反应，产生的二氧化碳把全部溶液挤压出来，能够喷射得很高、很远。
这两种不同溶液可以有多种不同的配合。例如有硫酸（H2SO4）和小苏打（碳酸氢钠Na HCO3）的溶液：
H2SO4+2Na HCO3ΔNa2SO4+2H2O+2CO2↑
有明矾[硫酸钾铝K2SO4Al2（SO4）324H2O]和小苏打的溶液：
K2SO4Al2（SO4）3+6Na HCO3=2Al（OH）3↓+3Na2SO4+K2SO4+6CO2↑
有盐酸（HCl）和碳酸钠（Na2CO3）的溶液：
2HCl+Na2CO3=2Na Cl+H2O+CO2↑
为了使二氧化碳形成稳定的泡沫，常在溶液中添加起泡剂，如皂素等。
（2）干粉灭火器。其中的干粉主要是碳酸氢钠，它受热分解，放出二氧化碳：
2Na HCO3ΔNa2CO3+H2O+CO2↑
可以自制一个灭火器。在一个广口瓶里盛放大半瓶浓的碳酸氢钠溶液，另用一个小试管盛半管稀硫酸，小心把它放进瓶中，不要使两种溶液接触。在瓶口塞上带有尖嘴弯管的橡皮塞，就成了简单的灭火器。
碳酸氢钠就是我们家庭里发面做馒头时，为中和产生的酸所用的小苏打粉。蒸出来的馒头之所以松软可口，也是由于加热过程中产生大量二氧化碳的缘故。在自制灭火器中若没有硫酸，也可以用家庭里的醋代替试一试。
二氧化碳能够灭火，这也不是绝对的。把一镁条燃着，放进充满二氧化碳的烧杯中，燃烧着的镁条不仅没有熄灭，而且烧得更旺起来，只见冒出黑烟，在烧杯内壁出现黑色斑点。这是因为金属钾、镁等活泼金属和氧化合的能力比碳和氧化合的能力强，它们能夺取二氧化碳分子中的氧，把碳排挤出来，就冒出黑烟：
CO2+2Mg点燃2Mg O+C
二氧化碳在我们生活中常常碰到，汽水里有它，啤酒里有它。这是把二氧化碳加压压进汽水和啤酒中的。它在工业中是生产纯碱（碳酸钠）、尿素、治感冒药阿司匹林等的原料。
二氧化碳在加压和降低温度时会变成无色透明的液体，甚至变成白色的固体。将温度降至31.1℃以下，压强加大到60.6×105Pa以上，二氧化碳就会变成液态，再降温，液态就变成固态了。
在美国的得克萨斯州，有一次几位地质勘探队员去勘探油矿。他们用钻探机往地下打孔，钻到很深很深的地方，突然喷出一大堆白色“雪花”。好奇的地质队员用手摸一摸，捏一捏，手指上立刻生出了水泡，甚至变黑。这个“雪花”就是固体二氧化碳。它在地层下受到强大的压强，喷出时压强突降，急剧吸热，使周围的温度下降，这样二氧化碳就由气态变成了固态。固态的二氧化碳通常在1.01×105Pa的压强下，在-78.5℃时升华，直接由固态变成气态，什么也没有留下，一点水也没有，所以把它叫做“干冰”。
把一块干冰紧紧握在手中并不感觉冷，是由于它升华产生的二氧化碳在干冰和手掌之间形成了一个隔离层，隔绝了热的传导。但是，如果用手捏一块干冰，将使皮肤冻伤，出现水泡或黑斑。
在实验室里，可仿照地下喷出“雪花”的情况制取干冰。在盛有液态二氧化碳钢筒的出口处系上一个纸圆筒，外面再套上一个布袋。打开活塞后，纸筒里就会充满雪花状的固态二氧化碳了。雪花状的固体再经压缩就成块状。
干冰可用于冷冻和保藏食品。它比普通的冰具有的优越性是明显的，温度可以降得更低，一点水也不会留下。
1945年，美国通用电气公司的一位青年技术人员谢弗（V。J。Schaefer）首先创造利用干冰人工降雨。用飞机把干冰从高空上撒出来后，空气里的水蒸气便凝结成微小的冰晶。微小的冰晶会聚集成较大的雪花，下沉后遇到地面热空气而熔化，落到地面就成为雨。1947年首先在干旱的澳大利亚地区试验成功，随后推广到世界各地。
干冰也可以用在开山筑路和采矿的爆破中。把干冰放在爆炸物的上面，它受到爆炸热的作用，瞬息变成大量的二氧化碳气体，扩大了爆炸的有效面积。
干冰不仅能保藏食品，呼风造雨，开采矿山，而且还是舞台和影幕上的置景“人员”。利用它能在很短的时间里布置出一幕白云的仙境，让“仙女”们从云层中走到人间。这是在隐蔽处放置一些干冰，浇上热水，或是送来一股蒸气。水蒸气迅速被冷凝，变成细小的水滴分散在气化了的二氧化碳中，就形成了雾，形似云。
空气中的二氧化碳让太阳的热辐射自由地射到地球上，但却强烈地阻止了地球的反射。这是因为被反射的阳光波长改变了，变成了红外线。这些红外线辐射不能透过二氧化碳气层。故此，空气中的二氧化碳对于地球来说，像是温室的玻璃罩，能形成温室效应。因此，二氧化碳对于地球起着保暖作用。有人计算，如果空气中的二氧化碳完全消失了，那么地球表面的温度将要比现在降低21℃；相反地，如果空气中二氧化碳的含量加倍后，平均温度要上升4℃。
于是，一些科学家们提出了这样的论说：从19世纪末到20世纪60年代，空气中的二氧化碳大约增加了1/10，其中一半左右是40年代以后增加的。目前，每年由工厂、汽车、飞机等排放的二氧化碳约120亿吨。因此工业愈发展，被烧掉的煤和汽油愈多，空气中二氧化碳的含量就愈大。这将使地球表面的温度愈来愈高。这样，几十年后，地球将要热到使覆盖南、北两极的冰层熔化，使海洋水位升高，造成世界性的洪水泛滥，使人类重新回到洪荒时代。另一些科学家们认为，空气中的二氧化碳每年确实在增加，但是气候一变暖，海水便会吸收大气的热量，使海水蒸发，于是云就增加。低空的云只要增加0.6%（质量分数），平均气温就要下降0.5℃。还有一些科学家说，空气中二氧化碳浓度的增加对农作物有利，生长较快，结的果实较多，从而使二氧化碳减少。众说纷纭，这引起了联合国专家们的注意。1989年11月在南美阿根廷首都布宜诺斯艾利斯召开的联合国第四次气候变化会议上，会议决议要求工业化国家在2008～2012年，将二氧化碳的排放量降到1990年的水平。
二氧化碳不仅大量而广泛地存在地球的大气、水中和地下，更存在于宇宙，特别是在金星的大气中。
金星是一颗最接近地球的、太阳系星的行星。每当夕阳西下、天色渐昏的时候，我们常常在西方的天空看到一颗光华夺目的明星，那就是它。或是在黎明的时刻，在东方看到一颗最后隐没在和煦阳光里的明星，也是它。因此，它又被叫做昏星、晨星、长庚星或启明星。
早在1761年5月26日，金星发生了凌日现象。金星恰好走到太阳和地球的中间，从地球上看，金星恰好通过太阳的圆面，当时俄罗斯科学家罗蒙诺索夫观察到这个现象，并把它记录了下来。他发现当金星经过太阳圆面，从一边走到另一边时，在接触到的地方出现一个气泡，他断定金星周围有很厚的一层空气。苏联飞船“金星”7号在金星上着陆后，测量了金星大气的成分，主要是二氧化碳，占93%～97%（体积分数），其次是氮气，占2%～3%（体积分数）。
美国宇宙飞船阿波罗15号用仪器探知，有二氧化碳从月球内部释出。
化学元素概念的产生和发展
关于元素的学说，即把元素看成构成自然界中一切实在物体的最简单的组成部分的学说，早在远古就已经产生了。
不过，在古代把元素看作是物质的一种具体形式的这种近代观念并不存在。无论在我国古代的哲学中还是在印度或西方的古代哲学中，都把元素看作是抽象的、原始精神的一种表现形式，或是物质所具有的基本性质。这样的例子是很多的。
大约在公元前900年前后，我国西周时代的《易经》中有这样几句话：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”这是一个以“太极”为中心的世界创造说。
到公元前403～公元前221年，我国战国时代又出现一些万物本源的论说，如《老子道德经》中写道：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”又如《管子水地》中说：“水者，何也？万物之本原也。”
我国的五行学说是具有实物意义的，但有时又表现为基本性质。我国的五行学说最早出现在战国末年的《尚书》中，原文是：“五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土（曰）稼穑。”译成今天的语言是：“五行：一是水，二是火，三是木，四是金，五是土。水的性质润物而向下，火的性质燃烧而向上。木的性质可曲可直，金的性质可以熔铸改造，土的性质可以耕种收获。”在稍后的《国语》中，五行较明显地表示了万物原始的概念。原文是：“夫和实生物，同则不继。以他平他谓之和，故能丰长而物生之。若以同裨同，尽乃弃矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物。”译文是：“和谐才是创造事物的原则，同一是不能连续不断永远长有的。把许多不同的东西结合在一起而使它们得到平衡，这叫做和谐，所以能够使物质丰盛而成长起来。如果以相同的东西加合在一起，便会被抛弃了。所以，过去的帝王用土和金、木、水、火相互结合造成万物。”
在古印度哲学家的思想中也有和我国五行相似的所谓五大。这就是公元前7世纪～公元前6世纪古印度学者卡皮拉（Kapila）提出来的地、水、火、风、空气。
西方自然哲学来自希腊。被尊为希腊七贤之一的唯物哲学家塔莱斯（Thales，约公元前624～公元前547）认为水是万物之母。希腊最早的思想家阿那克西米尼（Anaximenes，公元前585～公元前525）认为组成万物的是气。被称为辩证法奠基人之一的赫拉克利特（Heraclitos，公元前535～公元前475）认为万物由火而生。古希腊的自然科学家、医生恩培多克勒（Empedocles，公元前490～公元前430）综合了以前的哲学家们的见解，在他们所指的水、气和火之外，又加上土，称为四元素。古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle，公元前384～公元前322）综合了但也歪曲了这些朴素的唯物主义的看法，提出“原性学说”。他认为自然界中是由4种相互对立的“基本性质”——热和冷、干和湿组成的。它们的不同组合，构成了火（热和干）、气（热和湿）、水（冷和湿）、土（冷和干）4种元素。“基本性质”可以从原始物质中取出或放进，从而引起物质之间的相互转化。这样，宇宙的本源、世界的基础便不是物质实体，而且可以离开实物而独立存在的“性质”了，这就导向唯心主义了。
13～14世纪，西方的炼金术士们对亚里士多德提出的元素又作了补充，增加了3种元素：水银、硫磺和盐。这就是炼金术士们所称的三本原。但是，他们所说的水银、硫磺、盐只是表现着物质的性质：水银——金属性质的体现物，硫磺——可燃性和非金属性质的体现物，盐——溶解性的体现物。
到16世纪，瑞士医生帕拉塞尔士（Paracelsus，1493～1541）把炼金术士们的三本原应用到他的医学中。他提出物质是由3种元素——盐（肉体）、水银（灵魂）和硫磺（精神）按不同比例组成的，疾病产生的原因是有机体中缺少了上述3种元素之一。为了医病，就要在人体中注入所缺少的元素。
无论是古代的自然哲学家还是炼金术士们，或是古代的医药学家们，他们对元素的理解都是通过对客观事物的观察或者是臆测的方式解决的。只是到了17世纪中叶，由于科学实验的兴起，积累了一些物质变化的实验资料，才初步从化学分析的结果去解决关于元素的概念。
1661年英国科学家玻意耳对亚里士多德的四元素和炼金术士们的三本原表示怀疑，出版了一本《怀疑派的化学家》小册子。书中写道：“现在我把元素理解为那些原始的和简单的或者完全未混合的物质。这些物质不是由其他物质所构成，也不是相互形成的，而是直接构成物体的组成成分，而它们进入物体后最终也会分解。”这样，元素的概念就表现为组成物体的原始的和简单的物质。
拉瓦锡在肯定和说明究竟哪些物质是原始的和简单的时候，强调实验是十分重要的。他把那些无法再分解的物质称为简单物质，也就是元素。
此后在很长的一段时期里，元素被认为是用化学方法不能再分的简单物质。这就把元素和单质两个概念混淆或等同起来了。
而且，在后来的一段时期里，由于缺乏精确的实验材料，究竟哪些物质应当归属于化学元素，或者说究竟哪些物质是不能再分的简单物质，这个问题也未能获得解决。
拉瓦锡在1789年发表的《化学基础论说》一书中列出了他制作的化学元素表，一共列举了33种化学元素，分为4类：
Ⅰ，属于气态的简单物质，可以认为是元素：光、热、氧气、氮气、氢气。
Ⅱ，能氧化和成酸的简单非金属物质：硫、磷、碳、盐酸基、氢氟酸基、硼酸基。
Ⅲ，能氧化和成盐的简单金属物质：锑、砷、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、金、铂、铅、钨、锌。
Ⅳ，能成盐的简单土质：石灰、苦土、重土、矾土、硅土。
从这个化学元素表可以看出，拉瓦锡不仅把一些非单质列为元素，而且把光和热也当作元素了。
拉瓦锡所以把盐酸基、氢氟酸基以及硼酸基列为元素，是根据他自己创立的学说——一切酸中皆含有氧。盐酸，他认为是盐酸基和氧的化合物，也就是说，是一种简单物质和氧的化合物，因此盐酸基就被他认为是一种化学元素了。氢氟酸基和硼酸基也是如此。他之所以在“简单非金属物质”前加上“能氧化和成酸的”的道理也在于此。在他认为，既然能氧化，当然能成酸。
至于拉瓦锡元素表中的“土质”，在19世纪以前，它们被当时的化学研究者们认为是元素，是不能再分的简单物质。“土质”在当时表示具有这样一些共同性质的简单物质，如具有碱性，加热时不易熔化，也不发生化学变化，几乎不溶解于水，与酸相遇不产生气泡。这样，石灰（氧化钙）就是一种土质，重土——氧化钡，苦土——氧化镁，硅土——氧化硅，矾土——氧化铝。在今天它们是属于碱土族元素或土族元素的氧化物。这个“土”字也就由此而来。
19世纪初，道尔顿创立了化学中的原子学说，并着手测定原子量，化学元素的概念开始和物质组成的原子量联系起来，使每一种元素成为具有一定（质）量的同类原子。
1841年，贝齐里乌斯根据已经发现的一些元素，如硫、磷能以不同的形式存在的事实，硫有菱形硫、单斜硫，磷有白磷和红磷，创立了同（元）素异形体的概念，即相同的元素能形成不同的单质。这就表明元素和单质的概念是有区别的，不相同的。
19世纪后半叶，在门捷列夫建立化学元素周期系的时间里，明确指出元素的基本属性是原子量。他认为元素之间的差别集中表现在不同的原子量上。他提出应当区分单质和元素两个不同概念，指出在红色氧化汞（Hg O）中并不存在金属汞和气体氧，只是元素汞和元素氧，它们以单质存在时才表现为金属和气体。
不过，随着社会生产力的发展和科学技术的进步，在19世纪末，电子、X射线和放射性相继被发现，导致科学家们对原子的结构进行了研究。1913年英国化学家索迪（F。Soddy，1877～1956）提出同位素的概念。同位素是具有相同核电荷数而原子量不同的同一元素的异体，它们位于化学元素周期表中同一方格位置上。
其后，英国物理学家阿斯顿在1921年证明大多数化学元素都有不同的同位素。元素的原子量是同位素质量按同位素在自然界中存在的质量分数求得的平均值。
在这同一时期里英国物理学家莫塞莱（H。G。J。Moseley，1887～1915）在1913年系统地研究了由各种元素制成的阴极所得的X射线的波长，指出元素的特征是这个元素的原子的核电荷数，也就是后来确定的原子序数。
这样，如果把同位素看作是几种不同的单独的元素，这显然是不合理的。因为决定元素的原子的特征不是原子量，而是它的核电荷数。
1923年，国际原子量委员会作出决定：化学元素是根据原子核电荷的多少对原子进行分类的一种方法，把核电荷数相同的一类原子称为一种元素。
当然，直到今天，人们对化学元素的认识过程也没有完结。当前化学中关于分子结构的研究，物理学中关于核粒子的研究等都在深入开展，可以预料它将带来对化学元素的新认识。
