化工
人類為了求得生存和發展，不斷地與大自然作鬥爭，逐步地加深了對周圍世界的認識，從而掌握了征服自然、改造世界的本領。經過漫長的歷史實踐，人類越發善於利用自然條件，並且為自己創造了豐富的物質世界。
古代人們的生活更多地依賴於對天然物質的直接利用，或從中提取所需要的東西。由於這些物質的固有效能滿足不了人們的需求，便產生了各種加工技術，把天然物質轉變成具有多種效能的新物質，並且逐步在工業生產的規模上付諸實現。凡運用化學方法改變物質組成或結構、或合成新物質的，都屬於化學生產技術，也就是化學工藝;所得產品被稱為化學品或化工產品。這樣，許多自然界沒有的物質被源源不斷地創制出來。起初，生產這類產品的是手工作坊，後來演變為工廠，並逐漸形成了一個特定的生產部門，即化學工業。隨著生產力的發展，有些生產部門，如冶金、煉油、造紙、製革等，已作為獨立的生產部門從化學工業中劃分出來。當大規模石油煉製工業和石油化工蓬勃發展之後，以化學、物理學、數學為基礎並結合其他工程技術，研究化工生產過程的共同規律，解決規模放大和大型化中出現的諸多工程技術問題的學科--化學工程進一步完善了。它把化學工業生產提高到一個新水平，從經驗或半經驗狀態進入理論和預測的新階段（見化學工程發展史），使化學工業以其更大規模生產的創造能力，為人類增添大量物質財富，加快了人類社會發展的程序。
在現代漢語中，化學工業、化學工程和化學工藝都簡稱為化工，它們出現於不同歷史時期，各有不同涵義，卻又關係密切，互相滲透。在人們頭腦裡，“化工”這個詞，習慣上已成為一個總的知識門類和事業的代名詞，它在國民經濟和工程技術上所具有的重要意義，引起了人們廣泛的興趣，吸引著成千上萬的人，為之獻出畢生精力。下面簡要地從人類社會生活的各個方面，來說明化工絢麗多彩的內容及其重要貢獻。
人類與化工的關係十分密切，在現代生活中，幾乎隨時隨地都離不開化工產品，從衣、食、住、行等物質生活，到文化藝術、娛樂等精神生活，都需要化工產品為之服務。有些化工產品在人類發展歷史中，起著劃時代的重要作用。它們的生產和應用，甚至代表著人類文明的一定歷史階段。
引火熟食是人類有史以來的一個了不起的進步；等到炙製藥物、釀酒制醋、燒陶製磚、鍊銅冶鐵、熬油造漆、紡織印染、造紙印刷等化學加工技藝相繼出現的時候，歷史已流逝了幾十萬年。這些技藝的積累，創造了從古代到中世紀的寶貴遺產，並且也為化學工業的形成，奠定了基礎。（見化學工業發展史）
工業革命的助手
化學工業從它形成之時起，就為各工業部門提供必需的基礎物質。作為各個時期工業革命的助手，正是它所擔負的歷史使命。18～19世紀的產業革命時期，手工業生產轉變為機器生產，蒸汽機發明瞭，社會化大生產開始了，這正是近代化學工業形成的時候。面臨產業革命的急需，呂布蘭法制純鹼等技術應運而生，這使已有的鉛室法制硫酸也得到發展，解決了紡織、玻璃、肥皂等工業對酸、鹼的需要。同時，隨著鍊鐵、煉焦工業的興起，以煤焦油分離出的芳烴和以電石生產的乙炔為基礎的有機化工也得到發展。合成染料、化學合成藥、合成香料等相繼問世，橡膠輪胎、賽璐珞和硝酸纖維素等也投入生產。這樣，早期的化學工業就為紡織工業、交通運輸業、電力工業和機器製造業提供了所必需的原材料和輔助品，促成了產業革命的成功。
20世紀經過兩次世界大戰，一方面石油煉製工業中的催化裂化、催化重整等技術先後出現，使汽、煤、柴油和潤滑油的生產有了大幅度增長，特別是丙烯水合制異丙醇工業化以後，烴類裂解制取乙烯和丙烯等工藝相繼成功，使基本有機化工生產建立在石油化工雄厚的技術基礎之上，從而得以為各工業部門提供大量有機原料、溶劑、助劑等。從此，人們常以烴類裂解生產乙烯的能力，作為一個國家石油化工生產力發展的標誌。另一方面，哈伯-博施法合成氨高壓高溫技術在工業上實現，硝酸投入生產，使大量的硝化物質出現，尤其是使火炸藥工業從黑火藥發展到奧克託今，炸藥的比能量提高了十幾倍。這不僅解決了戰爭之急需，更重要的是在礦山、鐵路、橋樑等民用爆破工程上，得到了應用。此外，對於核工程中同位素分離和航天事業中火箭推進劑的應用，化工都作出了關鍵性的貢獻。
發展農業的支柱
長期以來，人類的食物和衣著主要依靠農業。而農業自遠古的刀耕火種開始，一直依靠大量人力勞作，受各種自然條件的制約，發展十分緩慢。19世紀，農業機械的運用，逐步改善勞動狀況。然而，在農業生產中，單位面積產量的真正提高，則是施用化肥、農藥以後的事。實踐證明，農業的各項增產措施中，化肥的作用達40％～65％。在石油化工蓬勃發展的基礎上，合成氨和尿素生產大型化，使化肥的產量在化工產品中佔據很大比重。1985年世界化肥總產量約達140Mt，成為大宗化工產品之一。近年來，氮、磷、鉀複合肥料和微量元素肥料的開發，進一步滿足了不同土壤結構、不同作物的需求。
早期，人類採用天然動、植物和礦物來防治農作物病蟲害。直到19世紀末，近代化學工業形成以後，採用巴黎綠（砷製劑）殺馬鈴薯甲蟲、波爾多液防治葡萄霜黴病，農業才開始了化學防治的新時期。20世紀40年代生產了有機氯、有機磷、苯氧乙酸類等殺蟲劑和除草劑，廣泛用於農業、林業、畜牧業和公共衛生。但這一代農藥中有些因高殘留、高毒，造成生態汙染，已被許多國家禁用。近年來，開發了一些高效、低殘留、低毒的新農藥，其中擬除蟲菊酯(除蟲菊是具有除蟲作用的植物)是一種仿生農藥，每畝用量只幾克，不汙染環境，已經投入工業生產。此外，生物農藥目前在農藥研究中是最活躍的一個領域。
現代農業應用塑料薄膜（如高壓聚乙烯、線型低密度聚乙烯等），用作地膜覆蓋或溫室育苗，可明顯地提高作物產量，正在進行大面積推廣。
戰勝疾病的武器
醫學和藥物學一直是人類努力探求的領域，在中國最早的藥學著作《神農本草經》（公元1世紀前後編著）中，就記載了365種藥物的效能、製備和配伍。明代李時珍的《本草綱目》中所載藥物已達1892種。這些藥採自天然礦物或動植物，多數須經泡製處理，突出藥性或消除毒性後才能使用。19世紀末至20世紀初，生產出解熱鎮痛藥阿司匹林、抗梅毒藥“606”（砷製劑）、抗瘧藥阿的平等，這些化學合成藥成本低、純度高、不受自然條件的影響，表現出明顯的療效。30年代，人們用化學剖析的方法，鑑定了水果和米糠中維生素的結構，用人工合成的方法，生產出維生素C和維生素B1等，解決了從天然物質中提取維生素產量不夠、質量不穩的矛盾。1935年磺胺藥投產以後，拯救了數以萬計的產褥熱患者。青黴素的發現和投產，在第二次世界大戰中，救治傷病員，收到了驚人效果。鏈黴素以及對氨基水楊酸鈉、雷米封等戰勝了結核菌，結束了一個歷史時期這種蔓延性疾病對人類的威脅。天花、鼠疫、傷寒等，直到19世紀，曾一直是人類無法控制的災害之一，抗病毒疫苗投入工業生產以後，才基本上消滅了這些傳染病。現在疫苗仍是人類與病毒性疾病鬥爭的有力武器。還有各種臨床化學試劑和各種新藥物劑型不斷湧現，使醫療事業大為改觀，人類的健康有了更可靠的保證。
改善生活的手段
化工向人們提供的產品是豐富多彩的，它除了生產大量材料用於製成各種製品為人所用以外，還有用量很少、但效果十分明顯的產品，使人們的生活得到不斷改善。例如：用於食品防腐、調味、強化營養的各種食品新增劑；提高蔬菜、水果產量和保持新鮮程度的植物生長調節劑和保鮮劑；促使肉、蛋豐產的飼料新增劑；生產化妝品和香料、香精的基礎原料和助劑；房屋、傢俱和各種工、器具裝飾用的塗料；各種印刷油墨用的顏料；以及洗滌用品用的表面活性劑等等，不勝列舉。還有電影膠片（感光材料）、錄音(像)磁帶(磁記錄材料)，以及最近推出的鐳射電視唱片(光碟)等。利用這些傳播聲像的手段，可加強通訊聯絡，再現歷史場景，表演精湛藝術。藉助於資訊記錄材料，把人們的視野擴充套件到宇宙空間、海底深處或深入臟腑內部，甚至於解剖原子結構，為提高人類的精神文明，揭開自然界的奧祕，提供了條件。
上述工農業生產和生活的提高，都離不開材料。據統計，到1984年為止，世界上所具有的化學物質實際約達900萬種，其中約有43萬種在工業發達的國家中用為材料。材料數量雖多，若按化學組成分類，可以概括為金屬材料、無機非金屬材料和聚合物材料三大類。也有將複合材料列為第四大類，或者把它看作是由三大類中派生出來的一類新材料。一般來說，除金屬是冶金部門生產的產品外，其餘都是化工生產的材料。
無機非金屬材料
分為傳統材料和新型材料兩類。前者主要是矽酸鹽材料；後者組成多樣，近年來發展很快。
矽酸鹽材料
指玻璃、陶瓷、水泥和搪瓷等。它們是以含矽酸鹽類礦石為原料進行生產的，廣泛用作建築材料，也可以作為日用品和工藝美術製品。玻璃和陶瓷雖然性脆易碎是其主要的缺點；但由於原料易得，生產工藝簡單，產品的化學穩定性好，又具有硬度高、耐熱和耐蝕等優點，用途十分廣泛，產量很大，並仍在不斷髮展中。
新型無機非金屬材料
主要是特種陶瓷。隨著工農業、軍事工業和科學技術的發展，新型結構陶瓷先後問世。它們是由不同的氧化物、矽化物、碳化物、氮化物、氟化物，硼化物等組成的。主要包括耐高溫材料、電絕緣材料、鐵電材料、壓電材料、半導體陶瓷材料等，用途特殊，產量不大，但價值很高。近來開發了一種陶瓷發動機用於汽車，可使燃氣溫度提高到1400℃以上，對提高效率，節約能源具有重要意義。這些材料的製造工藝的特點是：對原料的純度要求高，成分、顯微結構以及產品表面和介面都需嚴格控制，形狀也細緻而複雜，要求精密加工。此類新型材料是在高水平科學技術基礎上獲得成功的。
聚合物材料
主要包括塑料、化學纖維和橡膠三大類。其中合成材料品種很多，它們是由石油化工生產的單體，經過聚合反應而製成的。有的具有天然材料所達不到的特殊效能，廣泛用於工農業生產與日常生活，所以發展很快。30年代世界聚合物材料的產量還未超過100kt，到80年代即已達到約80Mt，塑料佔3/4。由於塑料比金屬輕，所以按體積計，其產量已超過黑色金屬。
塑料
基礎材料是合成樹脂。塑料製品質輕（一般只有鋼鐵的1/9），耐腐蝕，耐熱，電絕緣性好，易於加工成型，近幾十年來大量用來代替金屬、玻璃、紙張、木材等。塑料薄膜主要用作包裝材料，在農業上，也被廣泛使用。塑料管大量用作汽車的輸油、輸水管。汽車殼體和零件也用塑料。用聚氯乙烯加工的地板和門窗比用木材加工的耐磨性增加五倍。有機玻璃的密度為普通玻璃的一半，而衝擊強度高達17倍，可用作飛機的風擋玻璃。塑料還大量用於電子和電氣工業，製成電線、電纜、開關和儀器儀表殼體等。塑料製品可以說已經深入到人們生產和生活的各個角落。還有一些合成樹脂具有特殊的功能，被稱為功能高分子材料，如導電材料、半導體材料、感光樹脂、光導材料和超導材料等，引起人們很大的興趣。
化學纖維
包括人造纖維和合成纖維。人造纖維是以天然纖維為原料經過化學加工而生產的，在20～30年代已經流行，但它的產量受到天然纖維來源的限制。合成纖維製品是在40年代中期出現的，原料來源為豐富的石油化工產品。化學纖維的品種很多，又有長絲、短絲、鬃絲、彈力絲以及各種異形絲。它們分別可以純紡、混紡，因而織物的品種極多，並且生產效率高，不受自然條件的限制，有效地解決了與糧棉爭地的矛盾。生產萬噸化學纖維，可以相當於30萬畝（1畝＝666.6m2）棉田一年生產的棉花;或由250萬隻羊一年剪下的羊毛。到80年代，全世界已有2/3的紡織品是由化學纖維製成的。一些聚合物製成的中空纖維用作分離膜，在海水淡化、氣體分離、超純物質製備以及生物技術等方面，具有重要意義。
橡膠
是一種戰略物資。天然橡膠僅生長於熱帶及亞熱帶地區，不產橡膠的國家考慮戰時會受到封鎖，都極其重視建立於石油化工基礎上的合成橡膠工業。合成橡膠的品種多，有的品種比天然橡膠具有更好的耐熱、耐寒、耐油等效能。橡膠的最大消耗是做輪胎，此外還用以製作膠管、膠帶、膠鞋以及膠乳製品。橡膠又是各種裝置所不可缺少的密封材料。70年代以來，天然橡膠的產量基本穩定在3～3.5Mt，而合成橡膠產量在70年代已達6Mt，80年代增至8Mt，且仍有續增的趨勢。
複合材料
是新型結構材料。其特點是體積比強度、體積比剛度和耐蝕性都超過金屬材料。它由合成樹脂、金屬或陶瓷等基體材料和無機或有機合成纖維等增強材料所組成。基材和增強材料都有多種，因而可以進行有選擇的配合，以製得效能符合要求的各種複合材料。複合材料的出現，使化工材料有了更為廣闊的前景。
能源可以分為一次能源和二次能源。一次能源係指從自然界獲得、而且可以直接應用的熱能或動力，通常包括煤、 石油、 天然氣等化石燃料以及水能、核能等。消耗量十分巨大的世界能源，主要是化石燃料。1985年世界一次能源消費量達10590Mt標準煤，其中石油37.9％、煤30.7％、天然氣20.1％、水電6.7％、核電4.6％；中國一次能源消費量達764Mt標準煤，其中煤75.9％、石油17.1％、水電4.8％、天然氣2.2％。二次能源(除電外)通常是指從一次能源（主要是化石燃料）經過各種化工過程加工製得的、使用價值更高的燃料。例如：由石油煉製獲得的汽油、噴氣燃料、 柴油、 重油等液體燃料，它們廣泛用於汽車、飛機、輪船等，是現代交通運輸和軍事的重要物資；還有煤加工所製成的工業煤氣、民用煤氣等重要的氣體燃料；此外，也包括從煤和油頁岩製取的人造石油。
化工與能源的關係非常密切，還表現在化石燃料及其衍生的產品不僅是能源，而且還是化學工業的重要原料。以石油為基礎，形成了現代化的強大的石油化學工業，生產出成千上萬種石油化工產品。在化工生產中，有些物料既是某種加工過程(如合成氣生產)中的燃料，同時又是原料，兩者合而為一。所以化工生產既是生產二次能源的部門，本身又往往是耗能的大戶。
化石燃料特別是煤的加工和應用常常產生汙水、固體廢料和有害的氣體，導致環境的汙染。對於汙染的防治，也有賴於多種化工技術的應用。
中國的能源生產自1949年以來有了很大的發展，但能源（尤其是石油）仍是制約國民經濟發展的一個重要因素，因此能源的增產和節約有很重要的意義。改進化工生產工藝，減少能耗，既能降低生產成本，提高經濟效益，也有利於能源緊張程度的緩解。這也是近年來，世界各國都很重視的問題。
長遠來看，在全世界範圍內，預計至21世紀上半葉，化石燃料仍將佔能源的主要地位。隨著時間的推移，由於化石燃料資源的限制，除上述常規能源外，若干非常規能源的發展將越來越受到重視。非常規能源指核能和新能源，後者包括太陽能、風能、地熱能、潮汐能、波浪能、海洋能和生物能（如沼氣）等。在太陽能、核能利用的研究開發和大規模應用的漫長過程中，化學工程和化工生產技術也大有用武之地。
推動化工發展的動力是工農業生產和人民生活對化學品的需要，它所依靠的基礎是化學、 物理學、 數學和各種工程技術。其中與化學的關係尤為密切，化學是化工須臾不能離開的學科。在它們之間，也曾有過“工業化學”、“應用化學”等學科，起過一定的歷史作用。化工基本建設離不開土木工程、電力工程。化工機械的製造離不開機械工程和各種金屬材料，尤其是不鏽鋼，乃至特種鋼材。化工機械特別注意的是高溫、高壓下的可靠性，即指系統、裝置、元件在規定條件下完成規定功能的概率。現代化工裝置趨於大型化、單系列生產，對於可靠性的研究就顯得格外重要。
化工過程的控制離不開電子學、計算機和自動化，這些理論和儀器儀表，不僅能運用於生產，甚至也能運用於解決發展預測、決策和經營管理等問題。20世紀80年代，新技術革命中蓬勃發展的若干領域，除前述能源和材料外，微電子技術和生物技術等前沿科學，以自己強大的生命力，對化工提出了更高的要求，從而把化工推向前進。
微電子技術
電子計算機、微處理機和資訊科技都離不開微電子技術。在微電子技術中，大規模和超大規模積體電路的應用，對化工提出了新的要求。例如超純氣體和純水、電子工業用試劑、光刻膠、液晶以及腐蝕劑、摻雜劑、粘合劑等等。
微電子技術中使用的超純氣體有幾十種，除氧、氫、氮、二氧化碳、氬等常見氣體外，還有硼烷、三氯化硼、二氯矽烷、四氟化碳等自然界不存在的氣體。所用化工產品的純度對半導體成品的影響很大。使用工業氣體時，成品率只有10％;使用含雜質小於10ppm的氣體和相應的高純化學試劑時，則成品率可提高到70％～80％。以用水而言，整合度為1Mb的積體電路，允許水中微粒的粒徑不大於0.1μm 。為了製得接近理論的純水，生產方法從蒸餾、離子交換髮展到70年代的膜分離與離子交換相結合的方法，使純水製備技術達到新的水平。
微電子器件生產的關健在於光刻膠。超大規模積體電路所用的光刻膠是由芳香族疊氮化合物製成的感光樹脂，其優點是解析度高，去膠容易，影象清晰。液晶是微電子器件中不可缺少的顯示材料。它是一種有機化合物，由於要求顯示溫度在-20～60℃之間，一般單一液晶都達不到這種要求，須用多種同類型或不同型別的液晶混配使用。
生物技術
微生物是一種活細胞催化劑，在常壓和不高的溫度下通過發酵過程，將原料轉變為產品。多年來，應用這種傳統的生物技術生產了乙醇、丁醇、丙酮、醋酸等產品。近年來研究開發了利用固定化細胞，由丙烯腈生產丙烯醯胺，收率可達99.8％。此外，還可利用酶催化劑，特別是固定化酶，生產有機產品。生物技術用於化工，投資較少，節省能源和原料，汙染少，可以製得利用常規方法難以製取的物質，如干擾素、胰島素、單克隆抗體等。這些藥物運用重組DNA技術來製備，可望使製藥工業面貌一新。
生物技術對化學工程提出了新的要求，主要是解決適宜於微生物大量培養的生化反應器，滿足複雜生化反應過程的分離技術以及過程控制等。在這方面，目前已形成了新的邊緣學科──生物化學工程，它把化學工程理論，運用於生物催化劑、生化反應工程和新型單元操作的研究開發，做出了許多成績。
化工作為一個知識門類來說，在各個不同的歷史時期，在各種不同目的的要求下，有多種分解或綜合的分類方法。可按照原料來源、產品性質分類，也可按照過程規律、歷史聯絡分類。每種劃分方法都難於嚴格適應。本卷力求減少不必要的交叉，採取綜合分類的方法，設計了從原料出發的燃料化工分支；從產品出發的無機化工、基本有機化工、高分子化工、精細化工等分支；還有從共同的過程規律出發的化學工程分支，以及從歷史發展和橫向聯絡出發的綜論分支。燃料化工的原料是石油、天然氣、煤和油頁岩等可燃礦物，所以它又劃分為石油煉製工業、石油化工、天然氣化工、煤化工和頁岩油工業。其中，石油煉製工業是創造產值較高的工業部門，是國家的重要經濟命脈。天然氣常與石油共生，也常把天然氣化工歸屬於石油化工。在現階段，石油煉製和石油化工是燃料化工的主體。燃料化工生產的產品包括燃料和化工原料，後者主要是有機化工原料（除合成氣也用於生產無機化工產品，如合成氨等外）。所以，石油化工也是基本有機化工的主要組成部分。由石油化工可以生產塑料、 合成橡膠、 合成纖維等三大合成材料，這是高分子化工的主要產品。因此，燃料化工、基本有機化工和高分子化工三者是有機地聯絡在一起的。至於無機化工所採用的原料既有可燃礦物，也有無機礦物。其產品主要有化肥，硫酸、硝酸、磷酸等酸類，純鹼、燒鹼等鹼類，還有無機鹽，工業氣體和無機非金屬材料等。無機非金屬材料中的矽酸鹽材料，有時被劃入傳統的建築材料領域。精細化工生產小批量、具有專門功能、主要用於消費的化學品。由於市場需求的發展，有些產品已變成大批量產品，但按習慣，往往仍視作精細化工產品。主要有染料、農藥、醫藥、火炸藥、資訊記錄材料、塗料、顏料、膠粘劑、催化劑、各種助劑和化學試劑等。醫藥和火炸藥的生產又往往被分別劃為獨立的工業部門。如果從原料考慮，則精細化工是既有無機的，又有有機的，還有聚合物，是一個著眼於使用功能的綜合部門。在微電子技術、生物技術和新型材料蓬勃發展的新技術革命中，精細化工給化學工業增添了新的活力。
化學工程又分為化工熱力學、傳遞過程、單元操作、化學反應工程和化工系統工程。前兩者是化學工程的理論基礎，單元操作是化學工程最早形成的概念，它把化工生產的物理過程分解為若干單元，如流體輸送、蒸餾、萃取、換熱、乾燥等。現在這些單元操作不僅在化工生產中起著重要作用，也廣泛用於冶金、輕工、食品、核工業等與化工有共同特點的工業領域。單元操作仍在繼續發展和完善，如近年來發展的顆粒學，作為粉體工程的一種理論，已應用於催化劑粒度設計、高溫氣體除塵、糧食乾燥和輸送。化學反應工程著眼於工業規模的化學反應過程的傳遞和動力學等規律，以解決反應器的設計和放大的問題。至於化工系統工程，則是運用系統工程的理論和方法，來解決化工過程優化問題的邊緣學科。
化工所包含的核心內容基本上都可以歸納在上述六個分支之中，並且綜論也是由這六個分支組成的。但是，這種分類方法並不是完全合理的，如催化劑工業被列入精細化工。雖然理論上講，催化劑具有加快反應速率的專門功能，是不參與反應的少量物質，但在大型化生產的今天，催化劑的產量和裝填量也是相當大的，中國1985年石油煉製催化劑的用量達20kt。而且催化劑的使用範圍遍及燃料、無機、有機、高分子和精細化工等所有領域。這樣的歸屬問題尚有很多。
此外，環境保護既是化工各部門不斷解決的共性問題，也是化工能作出貢獻的領域。18世紀興起的近代化學工業，迄今已有200多年的歷史，創造了無數的化工產品，同時也排放了廢氣、廢液、廢渣，汙染了環境。因此，人們要求化學工業在轉化原料為產品時，力求物盡其用，成為無排放工程。國民經濟中其他部門的發展也或多或少造成公害。長此以往，超越大自然環境自淨能力的排放，必將使人類的生活環境日益惡化。因此，有識之士對世界上大氣、水、土壤、生物所受到的汙染和破壞，發出了危險警告。為了解決汙染，保護環境，使自然界的生態平衡走向新的和諧一致，化工將成為一支主力軍。
撫今追昔，展望未來，化工將不囿於傳統的範圍，為改造世界作出難以估量的貢獻。
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