化合物

两种或两种以上元素组成的纯净物

化合物 (compound)是由不同种(两种或两种以上)元素组成的 纯净物 。组成此化合物的不同原子间必以一定比例存在,换言之,化合物不论来源如何,其均有一定组成。例如,氯化钠和蒸馏水(水)均为常见的化合物。 它的组成一般可用 化学式 表示。化合物具有确定的 物理性质 和化学性质,不同于其组成元素的性质。例如,水是化合物,常温下是液体, 沸点 100℃,冰点0℃,由氢、氧两种元素组成。1个水分子H2O由2个氢原子和1个氧原子组成。化合物中的元素不能用简单的机械方法或物理方法分开,而必须用 化学 方法才能分离。

定义

化合物是由两种或两种以上不同元素组成的 纯净物 。

化合物是由 原子 组成的一个独特群体,由 化学键 (chemical bonds)固定在一起。当 电子 拥有足够的能量相互碰撞,外层电子就可以通过重排实现 价电子 稳定的八隅体结构 ,就形成化合物。组成化合物的原子一般是有固定的比例,即固定的组成 。如 二氧化碳 (CO 2 )、水(H 2 O)、 高锰酸钾 (KMnO 4 ),原子个数都是固定的比例。

定义起源

1661年, 罗伯特·波义耳 (Robert Boyle)发表了《 怀疑的化学家 》,著作中提出了一个观点:物质的基本要素是不同种类及大小的 “微粒” ,或 质点 。 波义尔 认为,这些微粒自己能排列成组,而每一个组,构成了 化学物质 。他成功地区分了 混合物 (几种物质混合在一起)与化合物( 化学 成键的物质),并且说明了化合物的性质可以与它的组成成分的性质很不一样。

19世纪初前后, 法国 化学家普罗斯(Joseph Louis Proust)和 英国 化学家戴维(Humphry Davy)分别发现了化合物组成的 定比定律 和 倍比定律 。在此基础上,英国化学家 约翰·道尔顿 (John Dalton)建立起了原子学说。道尔顿的原子学说指出,每一种元素的原子有其特定的质量,不同元素之间化合时,其原子个数之间呈现简单整数比,即形成 整比化合物 。

法国化学家柏托雷(Claude Louis Berthollet)却提出了与上述学说不同的观点。柏托雷认为:物质可与有相互亲和力的另一物质以任何比例相化合,即可以形成 非整比化合物 。

在不断的争论中,道尔顿的 原子 学说得到普遍接受,“不同元素之间原子按简单整数比化合”成为当时科学界的共识。德国人巴基乌斯-洛兹本在 热力学 基础上建立了二元体系固体溶液 相图 ,库尔纳柯夫在本世纪初建立了 物理化学 分析基础,在研究二元体系的相图过程中发现,有的体系有奇异点,有的体系没有奇异点,而且在相应的组成和性质图上前者有明显的折点,而后者没有明显的折点,且是平滑的转变,他认为有奇异点的体系生成了固定组成的化合物,而无 奇异点 的体系生成可变组成的化合物,也就是组成在一定范围内发生变化,不服从 定比定律 的化合物也就是现代人们称为 非整比化合物 。随着科学的不断发展,人们发现许多固体具有非整比的计量特征。这一化合物越来越引起重视。

非整比化合物 类型:化合物中某一种 原子 、离子缺陷(如WO 3-x 、UH 3-x ),或过多(如Zn 1+x O,UO 2+x ) ;非整比化合物常见于过渡元素的 二元化合物 ,如 氢化物 、 氧化物 、硫族化物、 氮族 化物、 碳化物 、 硼化物 等。另外嵌入型化合物也属非整比化合物,包括 笼形化合物 、 夹石 化合物和 分子筛 化合物。

分类

按照组成分类

有机化合物

有机化合物 一定为含碳的化合物,但是含碳的不一定为有机化合物(如CO 2 );有机化合物主要含有碳、 氢 ,大部分同时含有 氧 ;

仅含C、H元素的 有机物 叫做烃,根据所含 官能团 的种类,烃又可分为 烷烃 、 烯烃 ( 双键 )、 炔烃 (三键)等。如 甲烷 (CH 4 )、 乙烯 (C 2 H 4 )、 乙炔 (C 2 H 2 ) ;含C、H、O元素的有机物种类较为繁多,根据官能团的种类可以分为醇(—OH)、醛(—CHO)、酸(—COOH)、酚( 苯环 上的 羟基 )、 (-C=O)、 (—COO—)等。如 乙醇 (C 2 H 5 OH)、 甲醛 (CH 2 O)、 冰醋 (CH 3 COOH)、 苯酚 、 丙酮 (C 3 H 6 O)、 乙酸乙酯 (C 4 H 8 O 2 );部分 有机化合物 含有多种元素,如 蛋白质 同时含有六种元素:碳、氢、氧、氮、硫、磷。

无机化合物

无机化合物一般是指不含碳元素的化合物,简称无机物。但碳的 氧化物 、 碳酸根 、 碳酸氢盐 和 氰化物 等,其性质与无机化合物相似,属于无机化合物。

无机物常见分类有:

氧化物:由两种元素组成,且其中一种是负价氧的化合物。如:CO 2 、Fe 3 O 4 、H 2 O。

硫化物 :电正性较强的金属或非金属与硫形成的一类化合物 。如:CS 2 、H 2 S、Al 2 S 3 。

氮化物 :由两种元素组成且其中一种是负价氮的化合物。如: 氮化镁 (Mg 3 N 2 )、氮化硅(Si 3 N 4 )。

化物:含有 氰基 (CN)的化合物。如: 氢氰酸 (HCN)、 氰化钠 (NaCN)。

酸: 电离 出阳离子全部为氢离子的化合物。如: 硫酸 (H 2 SO 4 )、 盐酸 (HCl)、 碳酸 (H 2 CO 3 )、 食用醋酸 (CH 3 COOH)。

碱:电离出的 阴离子 全部为 氢氧根 的化合物。如:氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、一水合氨(NH₃·H₂O)、羟胺(NH₂OH)等。

盐:由金属离子或铵根离子和酸根离子构成的化合物。如: 碳酸钠 (Na 2 CO 3 )、 氯化铵 (NH 4 Cl)。

按照化学键分类

离子化合物

由离子组成的化合物。它一般由 电负性 较小的金属元素与电负性较大的 非金属元素 所组成。例如,气态化合物分子式从钠和氯的原子结构看,钠原子的最外电子层有1个电子,容易失去,气态氯原子的最外电子层有7个电子,容易得到1个电子,从而使最外层都达到8个电子的稳定结构。 离子化合物原子或原子团之间是以 离子键 相结合的,所以其通常 熔点 和 沸点 较高;由于其一般在熔融状态或 水溶液 状态下可以产生自由移动的离子,因此可以导电 。

常见的离子化合物种类繁多,常见的有氯化钾(KCl)、 氯化铵 [ǎn](NH 4 Cl)、 氯化镁 (MgCl 2 )、氯化钙(CaCl 2 )、氟化钙(CaF₂)、 硫酸铵 ((NH 4 ) 2 SO 4 )、 碳酸氢铵 (NH 4 HCO 3 )等等。

共价化合物

像氯化氢这样以共用电子对形成分子的化合物,叫共价化合物。在氯化氢分子里,由于氯原子对于电子对的吸引力比氢原子的稍强一些,所以电子对偏向氯原子一方,因此氯原子一方略显负电性,氢原子一方略显正电性,但作为分子整体仍呈电中性。原子间是通过共用电子对形成的化学键固定的 。在成键过程中,每种元素的原子有几个未成对电子通常就只能形成几个共价键,所以在共价分子中每个原子形成共价键数目是一定的。形成的共价键数等于未成对电子数。 氯和氢都是非金属元素,不仅氯原子很容易获得1个电子形成最外层8个电子的稳定结构,而且氢原子也容易获得1个电子形成最外层2个电子的稳定结构。因此,氯和氢通过共用电子对形成共价键,生成氯化氢(HCl)。

常见的共价化合物 :

非金属 氧化物 :二氧化碳(CO 2 )、水(H 2 O)、 二氧化硫 (SO 2 )等。

非金属 氢化物 :氨气(NH 3 )、 氯化氢 (HCl)等。

大多数 有机化合物 : 甲烷 、 乙醇 、葡萄糖等。

无水酸: 硫酸 (H 2 SO 4 )、 硝酸 (HNO 3 )等。

还有一些特殊的 共价化合物 如: 氯化铝 (AlCl 3 )、 氯化汞 (HgCl 2 )、 碘化银 (AgI)。

配位化合物

简称 配合物 ,又称 络合物 、 络盐 、 复合物 ,包含由中心 原子 或离子与若干个 配体 分子或离子以 配位 键 相结合而形成的复杂分子或离子,通常称为" 配位单元 " 。凡是含有配位单元的化合物都称做 配位化合物 。 例如, 硫酸四氨合铜 ,其 化学式 为[Cu( NH₃ )₄]SO₄。其中Cu 2+ 为中心原子, 氮原子 为配位原子, NH3 为配体, 硫酸根 为外界离子,【Cu(NH 3 ) 4 】 2+ 为 配离子 。

纯度检测

光分析法

利用物质与光的相互作用,确定物质组成、含量和结构。

原子 发射光谱 法:在正常状态下,原子处于 基态 ,在受到热或电激发时, 电子 由基态跃迁到 激发态 ,返回到基态时,会发射出特征光谱,可以据此进行分析物质组成。

原子 吸收光谱 法:由基态跃迁到第一激发态会吸收一定频率的辐射能量,产生原子吸收光谱。

紫外可见 吸收光谱 法 :不同物质具有不同的紫外吸收光谱,与标准图谱对照,可以分析物质的组成和纯度。

红外吸收光谱法:可以用于推断 有机化合物 分子的 基团 结构。

电化学分析法

利用电信号与被测物的组成或浓度之间的关系进行定性定量测定。

色谱分析法

依次收集流经色谱柱的各组分,再分别进行定性、 定量分析 。

易混淆概念

化合物相关概念关系图

物质可以分为 纯净物 和 混合物 两大类;纯净物又可以分为 单质 和化合物;化合物又分为 氧化物 、酸、碱和盐。简易结构关系如下图。

参考资料