化合物(compound)是由不同种(两种或两种以上)元素组成的
纯净物。化合物通常具有固定的组成,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。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(CO2)、水(H2O)、
高锰酸钾(KMnO4),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
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WO3-x、UH3-x),或过多(如Zn1+xO,UO2+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、夹层化合物和
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CO2);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(CH4)、
乙烯(C2H4)、
乙炔(C2H2);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(C2H5OH)、甲醛(CH2O)、
冰醋(CH3COOH)、
苯酚、
丙酮(C3H6O)、
乙酸乙酯(C4H8O2);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:有两种元素组成,且有一种元素为
氧的化合物。如:CO2、Fe3O4、H2O。
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:CS2、H2S、Al2S3。
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(Mg3N2)、氮化硅(Si3N4)。
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(H2SO4)、
盐酸(HCl)、
碳酸(H2CO3)、
食用醋酸(CH3COOH)。
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)。
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(Na2CO3)、
氯化铵(NH4Cl)。
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。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(NH4Cl)、
氯化镁(MgCl2)、氯化钙(CaCl2)、
硫酸铵((NH4)2SO4)、
碳酸氢铵(NH4HCO3)等等。
共价化合物
由
共价键形成的化合物称为共价化合物,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。
常见的共价化合物:
非金属
氧化物:二氧化碳(CO2)、水(H2O)、
二氧化硫(SO2)等。
非金属
氢化物:氨气(NH3)、
氯化氢(HCl)等。
还有一些特殊的
共价化合物如:
氯化铝(AlCl3)、
氯化汞(HgCl2)、
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Cu2+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(NH3)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。