1 化学的起源
化学可以被广泛的定义为分子的科学和它们之间的转换。和数学不同，化学在人类之前。我们的星球（地球）上的生命和人类的外观很可能是化学进程的具体结果。化学过程从历史的开端一直到现在都出现在人们的生活中。最初，这些过程不在我们的掌控之中，例如，果汁的发酵，肉和鱼的腐烂，木头的燃烧。后来我们学着去控制化学进程使用它来生产不同的产品，比如食物，金属，陶瓷和皮革。在化学的发展上，主要区分为四个阶段：史前化学，希腊化学，炼金术，科学化学。
早期的化学很明显是被人们实际需要所激发的。火的发现提供了史前人类开始控制化学反应的一次机会。他们合成一些黄铜，青铜和其他易得材料的物品。因为人类早期对化学过程的应用早于记载，所以没有关于它们化学技能的记录。唯一可以判断它们化学能力的是考古的发现和不同的人造品。正如早期数学发展一样，实际需要影响着化学的发展。但是化学和数学在这个阶段很可能没有关系。即使有，也没有记录来确定这些。
希腊化学主要建立在推测的基础上而不是在实验的基础上。这是古希腊所有科学的普遍特征。古希腊科学家实际上是哲学家，所以希腊对思考如此感兴趣盛于实验也就不足为奇了。事实上他们很少做思考之外的实验。这对数学是一个好的方法但是却不是对于物理，化学和生物科学。然而，希腊人思考了许多关于自然和物质结构，他们可以被看作早期化学理论的创造者。希腊引进了元素的概念总共提出了四种元素。Thalesren认为所有的东西来自一种基本的物质，就是水。Anaximenes,接受了元素的概念，但他认为来单独的元素自于空气中的物质。Heraclitus，认为宇宙的基本的特点是不断变化的，把火作为永久变化的元素。Empedocles摒弃了了单独元素的概念并引进了四种元素：水，空气，火和土，他也因为他的实验证明了空气是一种物质结构而出名。
火这种元素最早被柏拉图引用他猜测每种元素的粒子有特定的形体，尽管这种粒子太小以至于看不见。因此，火的最小的粒子有规则的四面体结构，空气是八面体，水是二十面体，土是立方体（主要是六面体）。规则的四面体，八面体，二十面体，立方体是多面体的例子，总共有五种。规则的的多面体表面是全等的规则体，点和点是全等的。
火是被认为最小，最尖锐和最轻的在所有的元素中，因为它很容易伤人和熄灭。看似规则的四面体是自然的选择被认为是火的形状，因为它是规则多面体中最小和最尖锐的。水是最大，最滑和最重的，因为它总是从地表光滑的流入峡谷。因此，正二十面体似乎是一种自然的选择，其形状由二十个正三角形组成。空气在火与水之间，于是出现了自然分配规则的八面体（由八种正三角形组成）空气。那就是正八面体有相同的面。正三角形，作为正四面体和正八面体的面。它面得数量在那两个面数量之间。事实上，这些四面体，八面体和二十面体可以被分解成也可以相似的形成其他多面体的正三角形，柏拉图认为，火，空气和水是可以相互转化的，也就是说，说能够被火转化成空气，然而在高层大气中当空气中没有火时，它就只能转化为水，形成雨或雪。最后一种元素是重而稳定的土。它被假设成为立方体形，由六个正方形组成。因为它不可能减少立方而转变为三角形，也不可能转变为正方形，所以柏拉图认为土不能够转变成为火，空气或者是水。这些都在柏拉图的《蒂迈欧篇》的对话中被讨论过。在十二面体中，柏拉图看到了宇宙的外部形状，因为在所有规则的正多面体中，它的体积是最接近球体体积的。《蒂迈欧篇》也包含了一些有关于有机和无机体的组成的讨论，可以被视为一个基本的有关化学的论文。在这一点上应该也许强调，柏拉图教导，理念，形式，是真正的基本模式背后的现象，这是说，思想是最根本的对象。
柏拉图的这种四种元素的形状规则很有可能第一次用数学的模型应用在化学上。因为规则的多面体是数学结构物体。这种规则存在着点，面，楞的数量关系，第一次被欧拉发现，所以称为欧拉定理。
描述为：V+F-E=2
这是被认为第二完美的数学公式。有趣的是，为什么希腊人没有发现欧拉公式呢？可能最简单的解释就是希腊数学比拓扑学要早两千年。作为数学的一部分，拓扑学只注重于处理事物之间的联系，而不关心事物的本质和度量。
关于上述元素的一般化论述是被Aristotle提出的。他接受了四种元素的理念，同时引进了元素变化的概念。Aristotle认为通过结合事物相反的基本属性就能获得这些元素。这些属性包括冷、热和冷、湿和干。
湿和热的结合产生了空气，湿和冷的结合形成了水。类似的，冷和干形成土。Aristotle还提出了第五种元素，被称为典范的醚。他认为天空和宇宙就是有着第五种元素构成。它定义了一种简单体，其他的物质都能分解为这种简单体但它本身却不可再分。他对一些化学反应进行了分类，首先提到的就是汞和蒸馏技术。Aristotle的思想主导了科学界近两千年。
希腊学者还提出了关于物质结构的另一种理论，这关系到物质的可分割性。Leucippus是思考这个问题的打一个希腊哲学家。他认为物质是不能被无穷分解的，应为在物质分解的过程中，物质迟早会被分解的小到无法再被分解。他的学生Democritus，来自于Abdera，继续发展了他的理论。Democritus将这种最终的物质命名为原子，以为不可再分割的。我们常说的术语原子被来源于此。原子的概念是物质结构的原子理论和唯物主义哲学的基础。希腊哲学家们，特别是Aristotle不接受Leucippus和Democritus的原子理论。然而，原子理论并没有就此完结，因为Epicurus将原子理论作为他哲学思想的一部分，Epicurus的哲学思想在接下来的几个世纪都为人追捧。其中之一就是罗马诗人和哲学家Lucretius，他写的一本名曰De，Rerum Nature的精彩教学性诗集。在这本书中他大力颂扬原子理论的Democritus和Epicurus。Democritus和Epicurus的大部分工作记录都遗失了，但Lucretius的诗集完整无缺的保留了下来，并担任起向现代希腊人传达原子理论的中人。院子的分离和原子弹的出现就证实了原子理论是一个多完美的理论模型。
在整个历史过程中，唯心主义哲学和唯物主义哲学一直的相反的，从化学的角度来看哲学，唯物主义为理解化合物的结构提供了一个基础。然而，物质的宏观性质，例如气味、颜色和味道也能被Plato的思想解释，同时他的理论也特别适合学习化合物结构的数学性质。如果我们结合唯物主义哲学在化学方面的实验性成果和唯心主义哲学的理论性成果，很明显，它们都是为化学发展所需的。当然，对于其他学科也是如此。
炼金术作为一种化学形式，存在于公元前300年一直到十七世纪的后半叶。这是一个对于化学发展少有帮助的时期。因为炼金术士是一群对于理论和数学都不怎么关心的实验性人员。他们有两个主要目的：（1）点石成金；（2）长生不老。炼金术来源于古埃及。炼金术士的工作中有许多的魔法，并且他们的符号也很难被破译。然而，许多炼金术士所使用的译码系统都是真正的密码和一些基础数学。
必须强调的是，化学作为一门科学真正始于时期实际的后半叶。随着Boyle的The Sceptical Chymist一书的出现，炼金术已逐渐转化为现在为人所知的科学化学。从炼金术到科学化学的转化时期持续了一个多世纪。它始于Boyle的书，终止于Lavoisier的Ttaite Elementire de Chimie。在这一时期出现了第一个统一性化学理论，名曰燃素理论。燃素来源于希腊词汇Φλογστοσ，意思为易燃的。
如今，许多字典将化学定义为“研究物质组成、结构、性质和物质相互转化的反应的科学”。然而，知道了化学的定义并不等同于理解了它的实质。事实上，化学是一门实验科学。实验充当了两个角色。它为观察提供了基础，通过观察我们可以定义一些能被理论所解释的问题。同时，它为验证新理论的正确性提供了了一种途径。我们强调实验对于化学的重要性。
2 饮用水质量和健康
消除水体中感染的病源是确保公共供水系统安全的主要考虑的因素。在上个世纪，当人们认识到细菌的起因，消除了下水道水污染，应用了消毒处理后，英国和欧洲其他国家的主要流行病：霍乱和伤寒基本消灭了。1937年 在英国，由于氯化处理所有的公共供水系统导致了伤寒流行病。从那时到1986年，在英国的记录中一共有34次水体疾病的爆发。在这些疾病中，21次是由于公共供水系统的消毒失败和水处理带来的污染所造成的。近来出现了一些影响水系统微生物安全性的新问题。但是在保持有效监控策略的同时，通过数种合适的消毒措施保持足够的安全性却使其达到记录史最高水平。
尽管早期饮用水标准中已经包含了铅及其他有毒元素的标准。但20世纪后半叶以来，人们对健康因素于饮用水中化学成分关系的关注却仍在不断增加。在20世纪70年代和80年代，最主要的水质化学处理的热点源于色谱以及后来的质谱的应用。起初源于杀虫剂，这些和随后分析科学的发展第一次揭示在痕量中水中的有机物含量有很大范围的变化。这些东西对健康的重要性仍然还不清楚，但毫无疑问，在如此高的浓度下，很多现象已经显现出来。很不幸，饮用水中化学物质的组成严重影响健康，尽管它含量很少很难测量，但在人一生中如此低的浓度的含量也很容易显现出来。
由于缺少影响人类健康的鲜明证据，以毒理学估计为基础，许多国家，国际组织采取对饮用水化学成分的预防限制。例如：世界健康组织，美国环境保护署，加拿大健康及福利社，欧盟等。这些限制包含了无机物和有机物的限制。在1971年，世界健康组织一共提出了饮用水中九种化学物质的限制，八种无机物和一种有机物。到1993年，在WHO中饮用水指标中的化学物质限制共增长到94项，22种无机物，72种有机物。这一阶段因此很明显和饮用水标准中增加的复杂性有关。
除了考虑对健康的影响外，饮用水的化学成分在消费者的可接受性方面也是相当重要的。它涉及外观，气味，味道，硬度和腐蚀性等。目前公共供水系统的质量要求的规定是在1989年的英国和威尔士的供水法规上定义的。而相同的标准已经被苏格兰和北爱尔兰废除了。英国标准必须符合欧盟指令，指令是水质必须是以人们的消费为目的的。
这个法令限低了水中44种物质的含量，很多地区被规范。在欧盟中这些指令提供了国家关于饮用水中物质最低量的基础。对更大范围内的污染物进行更严格的限制，必须包含在自然法规中。例如，英国饮用水标准中增加了11项标准。
在1984年和1993年，WHO提出了饮用水指标，这是世界专家所做的最新综述和建议。并且，提出这些是为了负责地给世界范围内的国家机构提供制定饮用水标准的指导。WHO指标还没有立法效应，但它广泛的提供了在饮用水健康方面的有用信息。
欧盟的饮用水质量标准的基础，在1985年推行，但貌似在某种程度上WHO的饮用水标准自1970年推出后从没实行过。这个标准已经广泛的被科学界所批判，现在正在审查最近WHO提出的大多数指标。
未处理的天然水通常铅的含量很低，饮用水中铅含量几乎完全由家庭中的铅管和服务设施所带来的，它经常但不总是于软水连接在一起，随着和铅管的接触，铅溶解的浓度增加，最大铅含量是在早上首次使用时。现代管道系统避免了铅的使用，但英国的许多旧设施仍然用铅管，甚至在软水地区。除了用铅管，铅也可能是某种焊接材料的成分，合金和聚氯乙烯管也会接触到饮用水。
铅通常是一种有毒物并在骨骼内积累，血铅含量经常作为铅含量的指标，许多研究已经表明血铅含量和水中铅含量有关。当今英国饮用水血铅浓度限制是低于50ug/L。饮用水中如此低的铅含量可以导致检测血铅总量的增加，虽然它引起了对可能的结果的关注，但这一事实本事并非坏事。影响儿童学习能力，一般行为的神经生理学因素是最重要的，这些儿童以及孕妇，婴儿是人口中最易感人群。根据一些证据的审核，WHO在1993年建立了一个健康标准，饮用水中铅含量要低于10ug/L。水处理是铅溶解可能的补救措施中最引人注目的。小心的调节PH使其在8到8.5之间，加入少量的正磷酸盐，在某种情况下可以有效的将铅含量减少到50ug/L。然而没有办法用水处理方法来完成10ug/L的铅限量，唯一的补救措施就是完全代替铅而用一种更可行的材料。这是一种很昂贵的选择，WHO已经认识到需要时间来找到这种材料。人们都知道铅溶解难以解决，因而必须来减少消费者对水腐蚀的接触，并建议人们避免使用‘首次’的水。 流经铅管多次的水的含铅浓度根据不同因素决定如接触时间和流量，最主要的是在对比铅的标准进行的水检测时确保样品的条件具有充分的代表性。
自从1960年之后，在大英联合王国有大量的证据表明水中硝酸盐的含量有所增加，虽然把这种现象的原因归因于过多的氮肥使用，但是也有一些额外的因素需要被考虑。这些因素包括改变土地的使用，特别是把草原转变成耕地，以及不断增加的废水流入底下水的循环。
硝酸盐在引用水中的限制基于它对血液疾病的影响，如正在哺育的婴儿所患有的正铁血红蛋白症。1970年世界健康组织欧洲饮用水标准合适的硝酸盐含量为50mg/L，含量在50~100mg/L被认为是可以接受的供量，医学权威警告说超过这个量就有患上婴儿正铁血红蛋白症的可能危险。欧盟饮用水指导允许的最大硝酸盐