化学概论

维基教科书,自由的教学读本
跳到导航 跳到搜索

绪论[编辑]

什么是化学[编辑]

什么是化学呢?我们通常说:化学是一门研究物质的组成、结构、性质与变化规律的科学。显然化学的研究对象是物质。然而,化学并不研究所有的物质,也不在所有层次上研究物质。例如电子波、引力场、夸克等等都是物质,但化学并不研究。宇观物质(宇宙、天体等)、宏观物质(城市、砖头等)、介观物质(微米、纳米等尺度上的物质)以及微观物质(质子、夸克、电子等)是不同的物质层次,不全是化学研究的内容。因此,我们要对上述定义中的物质作出限制和说明,才能更好的理解化学。

化学研究的是化学物质。化学物质是什么?宏观上讲,各种化学物质构成了物体,例如聚四氟乙烯[1]做的塑料碗,塑料膜都是物体,而构成它们的聚四氟乙烯是化学物质;微观上讲,化学物质的最低层次是原子(包括原子发生电子得失形成的单原子离子)。比原子更低的层次,如电子、质子和夸克等可以统称为亚原子微粒(subatomic particles),就不是化学所研究的了。比原子高一个层次的化学物质是原子以强相互作用力,即化学键(chemical bonds)相互结合形成的原子聚集体。若把所有单个原子和所有原子聚集体合称为“分子”(moleculars),则化学研究的就是分子的组成、结构、性质与变化。这里的分子概念早已不同于一百多年前建立的传统概念,它包括各种单原子分子(He、Ne等)、各种气态原子或单核离子,以共价键结合的传统意义上的分子(CO2等),也包括离子晶体(如NaCl)、原子晶体(如金刚石)和金属晶体(如Cu)等的单晶以及聚合度不同的各种高分子。“分子层次”(molecular scale)的分子就是这个意思。这里的分子的本质是核-电子体系。

同时,在分子层次之下原子层次以上的层次,我们称之为亚分子层次(sub-molecular scale),它也是化学所研究的物质。因为亚分子的变化正是原子的化合与分解。其实,亚分子层次也可以归为分子层次;当然也不是非常确切的,有些科学家就专门研究“分子片”等分子的结构单元。 在分子层次之上是超分子层次(supramolecular scale)。超分子是什么呢?