مواد در زندگی بشر
بشر در ابتدا از موادی مانند چوب، سنگ، خاک، پشم و پوست استفاده می‌کرد و به‌تدریج توانست سفال بسازد و فلزها را استخراج کند. با گسترش دانش تجربی، رابطهٔ میان خواص مواد با عنصرهای سازندهٔ آن‌ها کشف شد؛ رشد تمدن بشری همواره در گرو کشف و شناخت مواد جدید بوده است.
جدول دوره‌ای و روندهای تناوبی
جدول دوره‌ای شامل ۷ دوره و ۱۸ گروه است و عنصرها بر اساس عدد اتمی (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) چیده شده‌اند: عنصرهای یک گروه آرایش الکترونی لایهٔ ظرفیت مشابه و عنصرهای یک دوره تعداد لایهٔ الکترونی یکسان دارند؛ طبق قانون تناوب، خواص فیزیکی و شیمیایی عنصرها به‌صورت دوره‌ای تکرار می‌شود. عنصرها به سه دستهٔ فلز (چپ و مرکز جدول؛ جلا، رسانا، چکش‌خوار و مفتول‌شو)، نافلز (راست و بالای جدول؛ شکننده و عمدتاً نارسانا) و شبه‌فلز (خواص فیزیکی نزدیک به فلز اما رفتار شیمیایی نافلزی) تقسیم می‌شوند.
شعاع اتمی نصف فاصلهٔ بین دو هستهٔ اتم‌های یکسان در پیوند است (شعاع سدیم ۱۸۶ پیکومتر). در یک دوره از چپ به راست، بار مؤثر هسته افزایش و جذب هسته بر الکترون‌ها بیشتر می‌شود، پس شعاع کاهش می‌یابد؛ در یک گروه از بالا به پایین، افزایش تعداد لایهٔ الکترونی شعاع را بزرگ‌تر می‌کند. هرچه شعاع اتمی بزرگ‌تر باشد، از دست دادن الکترون آسان‌تر و خصلت فلزی بیشتر است؛ برعکس، شعاع کوچک‌تر گرفتن الکترون را آسان‌تر و خصلت نافلزی را بیشتر می‌کند. بنابراین خصلت فلزی در دوره از چپ به راست کاهش و در گروه از بالا به پایین افزایش می‌یابد (روند خصلت نافلزی برعکس است)؛ فلوئور نافلزترین عنصر جدول است.
فلزهای دستهٔ d و رنگ ترکیبات
فلزهای دستهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین (فلزهای واسطه) زیرلایهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین در حال پرشدن دارند؛ در دورهٔ چهارم از اسکاندیم تا روی قرار می‌گیرند. کروم و مس استثنایند: به دلیل پایداری زیرلایهٔ نیمه‌پر (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) و کاملاً پر (ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، یک الکترون از ادامهٔ فرمول را افقی ببین به ادامهٔ فرمول را افقی ببین منتقل می‌شود. فلزهای واسطه هنگام تشکیل کاتیون ابتدا الکترون‌های بیرونی‌ترین زیرلایه (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) را از دست می‌دهند؛ برخلاف فلزهای اصلی که کاتیونشان به آرایش گاز نجیب می‌رسد (مثل ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، کاتیون فلزهای واسطه آرایش گاز نجیب ندارد (مثلاً ادامهٔ فرمول را افقی ببین). یکی از ویژگی‌های بارز فلزهای واسطه، ایجاد رنگ‌های متنوع در ترکیبات و محلول‌هاست: ادامهٔ فرمول را افقی ببین قهوه‌ای/زرد (زنگ آهن)، ادامهٔ فرمول را افقی ببین آبی (سولفات مس)، ادامهٔ فرمول را افقی ببین سبز یا بنفش (یاقوت و زمرد نتیجهٔ همین یون در بستر ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا سیلیکات هستند)، و ادامهٔ فرمول را افقی ببین سبز. در خون انسان یون ادامهٔ فرمول را افقی ببین رنگ قرمز و در خون خرچنگ نعل‌اسبی یون ادامهٔ فرمول را افقی ببین رنگ آبی ایجاد می‌کند.
فعالیت شیمیایی فلزها و هالوژن‌ها
فعالیت شیمیایی فلز نشان‌دهندهٔ تمایل آن به از دست دادن الکترون است و با نشانه‌هایی مثل تولید نور، آزادسازی گرما، تشکیل رسوب و خروج گاز سنجیده می‌شود: فلزهایی مانند سدیم و پتاسیم فعالیت زیاد (با آب سرد واکنش می‌دهند)، آهن و روی فعالیت متوسط (با اسید واکنش می‌دهند) و مس، نقره و طلا فعالیت کم (حتی با اسیدهای رایج واکنش نمی‌دهند) دارند. در یک گروه، شعاع اتمی بزرگ‌تر باعث می‌شود الکترون راحت‌تر از دست برود؛ برای همین پتاسیم سریع‌تر از سدیم و سدیم سریع‌تر از لیتیم واکنش می‌دهد. در واکنش جابجایی، مثلاً آهن در محلول مس(II) سولفات، رنگ آبی محلول کم‌رنگ و لایهٔ قرمز مس روی آهن رسوب می‌کند — نشانهٔ فعال‌تر بودن آهن از مس. هالوژن‌ها برخلاف فلزها، از بالا به پایین فعالیت کمتری با هیدروژن نشان می‌دهند: فلوئور حتی در دمای بسیار پایین سریع واکنش می‌دهد، در حالی‌که ید تنها در دمای بالای ۴۰۰ درجه واکنش می‌دهد.
عنصرها در طبیعت و استخراج آهن
بیشتر فلزها به‌صورت ترکیب (اکسید، سولفید، کربنات) در سنگ معدن یافت می‌شوند؛ تنها طلا در طبیعت به‌صورت آزاد (عنصری) وجود دارد. آهن عمدتاً به‌صورت هماتیت (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) استخراج و در کورهٔ بلند طی واکنش ادامهٔ فرمول را افقی ببین احیا می‌شود.
درصد خلوص و بازده درصدی
درصد خلوص نسبت جرم ماده خالص به جرم کل نمونه است؛ در محاسبات استوکیومتری همیشه باید جرم خالص به‌کار رود، نه جرم ناخالص. بازده درصدی نسبت مقدار عملیِ به‌دست‌آمده در آزمایشگاه به مقدار نظریِ محاسبه‌شده از استوکیومتری است و همیشه کمتر از ۱۰۰٪ می‌ماند، به دلیل ناخالصی مواد اولیه، ناتمام ماندن واکنش، واکنش‌های جانبی و اتلاف در جداسازی. برای نمونه، از واکنش ۴۰ گرم هماتیت با کربن، مقدار نظری آهن ۲۸ گرم است؛ اگر عملاً ۱۹.۶ گرم به دست آید، بازده واکنش ۷۰٪ خواهد بود. در محاسبات چندمرحله‌ای، ترتیب درست این است: نخست جرم ناخالص را در درصد خلوص ضرب می‌کنیم تا جرم خالص واکنش‌دهنده به دست آید، سپس جرم نظری فراورده از استوکیومتری محاسبه و در پایان در درصد بازده ضرب می‌شود؛ برای نمونه از تخمیر ۱.۵ تن گلوکز با بازده ۸۰٪، حدود ۰.۶۲ تن اتانول عملاً به دست می‌آید.
هیدروکربن‌ها
کربن با توانایی تشکیل پیوند یگانه، دوگانه و سه‌گانه، ساخت زنجیرهای بلند و حلقه‌های کربنی، می‌تواند میلیون‌ها ترکیب بسازد. آلکان‌ها هیدروکربن‌های سیرشده با فرمول کلی ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ناقطبی، نامحلول در آب‌اند و با افزایش طول زنجیر، نقطهٔ جوش و گران‌روی بالا می‌رود (نتیجهٔ افزایش نیروی واندروالس)؛ آلکان‌های ادامهٔ فرمول را افقی ببین تا ادامهٔ فرمول را افقی ببین گاز، ادامهٔ فرمول را افقی ببین تا ادامهٔ فرمول را افقی ببین مایع و از ادامهٔ فرمول را افقی ببین به بالا جامدند. آلکن‌ها (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) با یک پیوند دوگانه ادامهٔ فرمول را افقی ببین و آلکین‌ها (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) با یک پیوند سه‌گانه، سیرنشده و پرواکنش‌ترند؛ آزمون شناسایی آن‌ها بی‌رنگ‌شدن محلول برم است، در حالی‌که این رنگ در حضور آلکان ثابت می‌ماند. اتن که از موز و گوجه‌فرنگی رسیده آزاد می‌شود در کشاورزی به‌عنوان عامل‌آورندهٔ رسیدن میوه به‌کار می‌رود و اتین (استیلن) در جوشکاری کاربرد دارد. در نام‌گذاری آیوپاک آلکان‌های شاخه‌دار، ابتدا بلندترین زنجیر کربنی به‌عنوان زنجیر اصلی انتخاب می‌شود، سپس شماره‌گذاری از طرفی آغاز می‌شود که شاخه شمارهٔ کوچک‌تری بگیرد، و نام نهایی از ترکیب شمارهٔ محل شاخه، نام شاخه (با پسوند «ـیل») و نام زنجیر اصلی ساخته می‌شود.
نفت خام و زغال سنگ
نفت خام مخلوطی از هیدروکربن‌های متنوع است؛ بیش از ۹۰٪ آن سوخت و باقی خوراک پتروشیمی می‌شود. نفت سبک (مولکول کوچک‌تر، فرارتر) گران‌تر از نفت سنگین است چون فرآورده‌های باارزش‌تری مانند بنزین از آن به دست می‌آید؛ سوخت هواپیما عمدتاً از آلکان‌های ادامهٔ فرمول را افقی ببین تا ادامهٔ فرمول را افقی ببین ساخته می‌شود. زغال سنگ بیش از ۸۰٪ کربن دارد و در مقایسه با بنزین، به‌ازای هر کیلوژول انرژی، ادامهٔ فرمول را افقی ببین بیشتری تولید می‌کند و افزون بر آن آلاینده‌های اسیدی مانند ادامهٔ فرمول را افقی ببین نیز آزاد می‌کند؛ واکنش ادامهٔ فرمول را افقی ببین برای به‌دام‌انداختن این آلاینده در نیروگاه‌های زغال‌سوز به‌کار می‌رود. گاز متان آزادشده از معادن زغال سنگ، در غلظت ۵ تا ۱۷٪ در هوا خطر انفجار دارد و نیازمند تهویهٔ مناسب است.
چرخهٔ حیات مواد
ارزیابی چرخهٔ عمر یک فراورده شامل استخراج مواد خام، تولید، توزیع و مصرف، و در نهایت دفع (بازیافت یا زباله) است و آب مصرفی، انرژی، پسماند و اثرات زیست‌محیطی هر مرحله را می‌سنجد؛ «ردپای کربن» مفهومی مشابه است که میزان ادامهٔ فرمول را افقی ببین تولیدشده در کل چرخهٔ حیات یک محصول را نشان می‌دهد.