我们都知道，世界是由物质组成的，而物质又是由许许多多的微粒所构成的。构成物质的微粒有分子、原子和离子。
例如：氧气、氢气、二氧化碳、水等都是由分子构成的；金属和稀有气体如铜、铁、氦、氖等都是由原子直接构成的；而氯化钠、高锰酸钾等则是由离子构成的。
构成物质的微粒一般都有一些基本的性质：构成物质的微粒都是体积、质量极其微小的；微粒是在不断运动的；微粒之间存在一定的空隙。
1.分子、原子和离子
分子是能够单独存在、并且保持纯物质化学性质的最小粒子，在化学变化中能够再分。
一个分子是由多个原子在共价键的作用下，通过形成共用电子连接在一起的。它可以由相同化学元素的原子组成，如氧气（O2），这样的共价键属于非极性共价键；也可以是不同的元素组成，如水分子（H2O），所形成的共价键属于极性共价键。
一个单一原子也可以当作是一个分子（单原子分子），但在实际使用时，“分子”指的通常是多个原子的化学化合物。由分子组成的物质叫分子化合物。
原子是化学变化中的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。
原子核由带正电的质子和电中性的中子组成，且原子核内的质子数与核外电子数相同，因此整个原子不成电性。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的。
其中，原子存在这么一个相等关系：核内质子数=核外电子数=核电荷数=元素周期表中的原子序数。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同。质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则决定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子的质量主要集中在原子核上。
原子在某一元素的分子内的数目叫作该元素的原子数。
在气体元素中，氢（H2）、氮（N2）、氧（O2）、氟（F2）和氯（Cl2）的原子数是2，被称为双原子分子；稀有气体（如氩）的原子数是1，称为单原子分子。
固体元素中，黄磷（P4）原子数是4，硫（S8）原子数是8.所以，氩（Ar）是单原子，氧气（O2）是双原子的，臭氧（O3）则是三原子的。
钠原子结构示意图，表示原子（离子）的核外电子在各电子层上排布的图示。其中圆圈表示原子核，圈内号表示质子带正电，圈内带号的数字表示核内的质子数，圆外孤线表示电子层，弧线上的数字表示该电子层上所排布的电子数。
在化学变化中，中性的原子经常会得到或者失去电子而成为带电荷的微粒，这种带电的原子叫做离子。
当原子得到一个或几个电子时，核外电子数多于核电荷数，从而带负电荷，称为阴离子。当原子失去一个或几个电子时，核外电子数少于核电荷数，从而带正电荷，称为阳离子。
由离子组成的物质叫离子化合物，是由阴阳离子的电性吸引而成，即静电作用。它们之间是由离子键作用而形成物质。酸、碱、盐都属于离子化合物。
2.认识化学元素
化学元素主要分为3类：金属元素、非金属元素和稀有气体元素。
金属元素是具有金属通性的元素，其原子容易失去电子，而本身常以阳离子形态存在于化合物中。它们的氧化物和氢氧化物一般呈碱性。
非金属元素是核外电子数超过4的、且不为8的元素的总称。
稀有气体元素又称为零族元素或者惰性元素，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡6种元素。
化学元素的种类有这么多，但是常见的主要就有氧、氮、氢、碳等几种元素。
氧元素在上一章我们已经简单介绍过，下面介绍一下氮元素、氢元素和碳元素。
（1）氮（N）在地壳中的含量约为0.0046%，自然界中绝大部分的氮是以单质分子——氮气（N2）的形式存在于大气中，氮气占空气体积的78%。氮的最重要的矿物是硝酸盐。
氮气为无色、无味的气体，它的熔点约为-209℃，沸点约为-195℃，气体密度约是1.25克/升，临界温度约-147℃，临界压力为33.54个大气压。
氮分子是由两个氮原子组成，特别稳定，它对许多反应试剂是惰性的。在高温、高压并有催化剂存在的情况下，氮和氢可以相互作用生成氨。空气中的单质氮和氧在雷电的作用下，可生成氧化氮。锂和氮在常温下即可发生反应。
氮是动植物体内蛋白质的重要组成成分，但高等动物以及大多数植物不能直接吸收氮，只有少数豆科植物能利用空气中的氮。
氮主要用来制造氨，其次是制造氮化物、氰化物、硝酸及其盐类等。此外，氮还可用作保护性气体、泡沫塑料中的发泡剂，液氮可用于冷凝剂。
（2）氢（H）是宇宙间最丰富的元素。
可以说氢完全不是以单质形态存在于地球上，但是太阳和其它一些星球则全部是由纯氢所构成。这种星球上发生的氢热核反应的热光普照四方，温暖了整个宇宙。
在所有元素中，氢具有最简单的原子结构，它由一个带+1电荷的核和一个轨道电子组成。
氢有三种同位素：氕（符号H）、氘（符号D）和氚（符号T）。在它们的核中分别含有0、1和2个中子，它们的质量数分别为1、2和3.自然界中，普通氢内H同位素的丰富度最大，原子百分比占99.98%，氢气可用作填充气体又可以做高端燃料，放热高且无污染物产生，氢的燃烧产物是水。
（3）碳（C）可以说是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之一。碳在地壳中的质量分数约为0.027%，在自然界中分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。
碳在自然界中存在有三种同素异形体——金刚石、石墨、C60.（同一种元素的原子具有不同的质量数，这些原子就叫同位素。自然界中众多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的。有的有放射性，有的没有放射性。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约有300多种，而放射性同位素竟达约1500种以上。）
金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2.因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。
C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家哈里可劳特等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。其分子结构非常像一个足球。
3.碳循环与氧循环
其实，地球上存在着碳循环与氧循环两种循环方式，下面就简单来介绍一下。
（1）氧循环
动植物的呼吸作用及人类活动中的燃烧都需要消耗氧气，产生二氧化碳。但植物的光合作用却大量吸收二氧化碳，释放氧气，如此构成了生物圈的氧循环。
氧在各圈层中的浓度并不相同，在整个地球当中约为28.5%，在地壳中约46.6%，在海洋中约占总量的85.8%，在大气中约23.2%。所有元素中，只有氧是同时在地壳、大气、水圈和生物圈中都有着极大丰富程度的元素。
在地壳中，形成岩石的矿物质大多含有氧元素，例如硅酸盐。当硅酸盐在岩石发生风化碎裂时，通常仍能以不变的原形进入地球化学循环，即随水流迁移到海洋，进入海底沉积物，甚至重新返回陆地。
大气中的氧主要以双原子分子的形态存在，并且表现出很强的化学活性。这种化学活性足以影响能与氧生成各种化合物的其他元素（如碳、氢、氮、硫、铁等）的地球化学循环。大气中的氧气多数来源于光合作用。在紫外光作用下，大气中氧能转变为三原子分子的臭氧。
在组成水圈的大量水中，氧是主要组成元素。在水体中，存在各种形式的大量含氧阴离子以及相当数量的溶解氧，它们对水圈或整个生物圈中的生物有着极为重要的意义。
（2）碳循环
地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。
地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间交换迅速，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。
碳的存在形式多种多样。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在；在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在；在水圈中则以多种形式存在；在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。
在大气中，二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。在生物库中，森林是碳的主要吸收者，它固定的碳相当于其他植被类型的2倍。森林又是生物库中碳的主要贮存者，贮存量相当于目前大气含碳量的2/3.
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用，将碳释放到大气中的速率大体相等。
因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。
自然界碳循环的基本过程是：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。
