化合物

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水是一种化合物,由一个氧原子和二个氢原子组成

化合物(Chemical compound)是由两种以上的元素以固定的质量比通过化学键结合在一起的化学物质[1]。化合物可以由化学反应分解为更简单的化学物质[2]。像甲烷(CH4)、葡萄糖(C6H12O6)、硫酸铅(PbSO4)及二氧化碳(CO2)都是化合物。

化合物是纯物质分类下的一类,与元素混合物相对。尽管有些情况下化合物的实际情况会与上述定义背离,如组成元素随制备方法而改变,内部结构并不均一,不同核素的分布并不固定等等,但一般仍认为它们属于化合物的范畴。另外,化合物中各元素的摩尔比并不一定是整数,某一元素也可呈不同的价态,例如非整比化合物[3]混合价态化合物[4]

化学元素的单质即使由几个原子形成双原子分子多原子分子(如H2, S8),也不是化合物[5]

除特别不活泼的稀有气体外,其他所有稳定元素都已制成了化合物。稀有气体化合物的制备曾费了一些周折。第一个稀有气体化合物六氟合铂酸氙是在1962年才制备而得[6]

化合物的基本特性[编辑]

化合物有以下的基本特性:

  • 化合物中的元素有一定的比例关系(定比定律)[7]:像水中的氢和氧的原子数比恒为2:1。
  • 化合物有一定的性质:化合物的性质可能和组成的元素不同,像由可助燃的氧和可燃烧的氢组成的水,既不会燃烧也不会助燃。

有机化合物与无机化合物[编辑]

化合物主要分为有机化合物无机化合物

  • 有机化合物大多数含有等元素,且二元素形成碳氢键[8],如甲烷(CH4)、葡萄糖(C6H12O6)等。
有机化合物中有些含氧,此外也常含有卤素等,组成元素的种类不多,但因为有机化合物中碳的结合力很强,可以互相结合成碳链或碳环,因此有机化合物可以有许多的变化,已知的有机化合物可达四百六十余万种。
  • 无机化合物是所有不含碳的化合物及少数含碳的简单化合物(碳元素、碳硅化物、碳的氧化物、碳酸及碳酸盐、氰气及其衍生物)[9],无机化合物组成元素的种类很多,已知的无机化合物约有四十万种,如硫酸铅(PbSO4)、二氧化碳(CO2)等。

分子化合物与离子化合物[编辑]

化合物主要也可分为分子化合物和离子化合物,两者的物理性质有较大的差异[10]

  • 离子化合物是由金属原子及非金属原子所形成的,金属元素为阳离子,提供电子给非金属元素形成的阴离子(或包括非金属元素的酸根),氯化钠即为离子化合物,离子化合物的特性也很类似氯化钠,包括没有展性、固体时会形成晶体、高沸点及熔点、只有在液态或水溶液中才会导电等特性等。

化合物和混合物的比较[编辑]

化合物和混合物不同。化合物的物理性质化学性质和组成的元素不同,而混合物物理性质和化学性质和组成的成分有关[5],这是化合物和混合物的主要差异。例如氯为黄绿色有毒的气体,钠为有金属光泽的固体,二者都很容易反应,但组成的氯化钠(食盐)为无色或白色晶体,是很稳定的化合物。

另一个区分化合物和混合物的方式是混合物的成分可以用较简单的物理方式分离,例如过滤、蒸发、使用磁力或其他方式分离,但化合物的组合成分只能用化学反应才能分离[11]。相对的,混合物用物理的方式即可产生,但要制备化合物,需要用组成元素进行化学反应,或是将其他化合物进行化学反应才能制备。

除了金属互化物之外的合金都是混合物[12],但有时会被误认为化合物。合金是利用物理方式产生,一般是将组成的金属加热到液态,混合后再冷却而得。另外类似化合物的混合物包括碱金属的液氨溶液。

相态[编辑]

所有化合物都可以固态存在,以分子存在的化合物大多存在液态气态形式,有些甚至可以等离子体存在,超临界流体的物质也可以存在,如超临界态的二氧化碳,它较常态的二氧化碳有更强的溶解性。

只要加热的温度足够高,所有化合物都会分解,生成更简单的化合物甚至相应的单质。如:

  • NH4Cl→NH3↑+HCl↑
  • 2H2O→2H2+O2

化学键[编辑]

所谓化学键,即是一化学反应发生时,原子之间彼此键结的型式,一般常见的有共价键、离子键、金属键。

  • 共价键:共价键为二个原子分享电子对,原子间的吸引力及排斥力平衡后所成之键结形式[13],例如溴化氢氯化铝
配合物中的共价键,其共用的电子对是由其中一原子独自供应,此时称为配位键
  • 离子键:当共价键键结形成之分子,原子间若电负性差在1.7以上时(电负性为原子吸引电子的能力),造成空间中电荷密度分布不均,电子会被吸引到电负性较大的原子那一方,由于吸引电子,故电负性大的原子表现出类似带负电的特性,反之,电负性小的原子表现出类似正电荷的性质。含有离子键的化合物如:氧化铝氯化锰

综合上述,若化合物中的原子电负性差小于1.7,则为共价键,若电负性差大于1.7,则为离子键[14]

  • 金属键:金属原子大部分电负性小,故没有将价电子保留在自己原子核周围的能力,造成电子四处游离,当大量金属原子聚集,大量游离的电子会在规则排列的金属原子核间四处移动不受限制,这种大量电子游离的样貌被称为电子海,借由电子海及金属原子核彼此之间的作用力,即称为金属键。金属互化物中的原子就是因金属键而结合。
  • 范德华力:一般被认为是原子间交互作用的结果,但实际上并未发生化学反应,该键有多种型式,键结力量弱,其中之一为氢键,顾名思义,即氢原子在空间中与其他原子彼此交互作用而形成的范德华键。由于其能量较低,一般会归类为分子作用力,不属于化学键[15]

氧化态[编辑]

氧化态为化合物中某个原子氧化程度的量度。一般氧化态与另一个概念氧化数混用,但这二者之间仍有区别。化合物中原子氧化态的主要计算方法为:

  • 大多数化合物中,的氧化态为1,氧的氧化态为-2。(例外有:活泼金属氢化物中,氢的氧化态为-1;过氧化物中,氧的氧化态为-1;)
  • 中性分子中,各原子氧化态的代数和为零;离子中,各原子氧化态代数和与离子的电荷相等。

化学式[编辑]

化学式表示化合物的最基本组成。只有纯物质才有化学式,混合物则没有。根据不同的形式差异,广义的化学式又可分为分子式化学式电子式结构式实验式(又称最简式)、键线式(又称骨架式)等等。

若是化合物以分子的形式存在,一般会用分子式为其化学式,若是矿物、金属氧化物或是类,一般会用实验式为其化学式。

化学式中元素的顺序一般会依希尔体系英语Hill system排列。其体系中一般碳原子会放在化学式的最前面,后面是氢原子,其他元素则依照字母顺序排列。若化合物中没有碳,则包括氢在内的所有元素都依照字母顺序排列。不过仍有一些化合物不依照此原则,例如离子化合物的阳离子一定放在前面,后面是阴离子,而氧化物的氧通常都放在后面。

有机酸的化学式一般也会依照希尔体系,碳和氢原子放在前面,例如三氟乙酸的化学式为C2HF3O2。不过三氟乙酸结构简式CF3CO2H可以表示较多的资讯。

化学式的书写举例
中文名称 分子式 结构式 结构简式 实验式 键线式
乙烯 C2H4 Ethene structural.svg H2C=CH2 CH2 =
乙醇 CH3CH2OH或C2H5OH Ethanol-2D-flat.svg CH3CH2OH C2H6O Ethanol-2D-skeletal.svg

一般无机化合物不会以结构式来表示,像硫酸的化学式为H2SO4,但其中没有氢-硫键,若用类似结构式的方式,可以表示为O2S(OH)2,其中可以表达更多的资讯,但几乎没有人用这様的方式写硫酸的化学式。

CAS号[编辑]

每一种出现在文献中的物质,包括化合物,都会有一个唯一的数字的数字识别号码,称为CAS号。不过CAS编号中也有对应单质高分子材料、及合金的编号。因此有CAS号的不一定是化合物[16]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Elements and Compounds. Nyu.edu. [2013-10-24]. 
  2. ^ Wilbraham, Antony; Matta, Michael; Staley, Dennis; Waterman, Edward, Chemistry 1st, Upper Saddle River, NJ: Pearson/Prentice Hall: 36, 2002, ISBN 0-13-251210-6 
  3. ^ 汪云丰. 现代高科技的基础材料 非整比化合物. 浙江温岭中学. [2013-10-24]. 
  4. ^ 李君、张庆、唐宗薰、史启祯. 混合价化合物概述及进展 (PDF). 大学化学. 2001年8月, 16 (4): p27–31 [2013-10-24]. 
  5. ^ 5.0 5.1 Halal, John, Chapter 8: General Chemistry (PDF), Milady's Hair Structure and Chemistry Simplified 5, Milady Publishing: 96–98, 2008, ISBN 1-4283-3558-7 
  6. ^ 稀有气体. 数字中国. [2013-10-24]. 
  7. ^ 亚佛加厥定律. 数位教学资源入口网. 中华民国教育部. [2013-10-24]. 
  8. ^ Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, and Robert K. Boyd, Organic Chemistry, 6th edition (Benjamin Cummings, 1992, ISBN 978-0-13-643669-0
  9. ^ organic compound (chemical compound) - Encyclopedia Britannica. Britannica.com. [2013-10-24]. 
  10. ^ 共价键. 数位教学资源入口网. 中华民国教育部. [2013-10-24]. 
  11. ^ 潘永祥. 自然科学概论. 台北: 五南图书出版股份有限公司. 1996: p.138. ISBN 9571111856. 
  12. ^ 混合物. 中华民国国科会高瞻自然科学教学资源平台. [2013-10-24]. 
  13. ^ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden. Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. 2006 [2012-02-05]. ISBN 0-13-250882-6. 
  14. ^ Atkins, Peter; Loretta Jones. Chemistry: Molecules, Matter and Change. New York: W. H. Freeman & Co. 1997: 294–295. ISBN 0-7167-3107-X. 
  15. ^ 化学键与分子结构. Chem.jlu.edu.cn. [2013-10-24]. 
  16. ^ CAS registry description, by the Chemical Abstracts Service

延伸阅读[编辑]

  • Robert Siegfried, From elements to atoms: a history of chemical composition, American Philosophical Society, 2002, ISBN 978-0-87169-924-4 

外部链接[编辑]

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