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化合物

化合物由两种或两种以上的元素组成的纯净物(区别于单质)。化合物具有一定的特性,既不同于它所含的元素或离子,亦不同于其他化合物,通常还具有一定的组成。

化合物为由二种或二种以上不同元素所组成的纯净物。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。在日常生活里,氯化钠、及蒸馏水(水),均为常见的化合物。由这些化合物中,人们发现它们的性质彼此各不相同,食盐为钠原子和氯原子所组成;糖为碳、及氧等原子所组成;氢气在氧中燃烧则反应生成水。这些事实,表示二种或多种物质可以反应生成一种新物质,这新物质就是化合物。新物质的性质和原物质的性质完全不同。通常化学上藉此方式来决定一质之该性是否为化合物。又假如一纯质可以分解为二种或二种以上之质,则原来之质必为化合物。例如熔融食盐,通以电流,可完全分解为钠及氯原子,故食盐为一种化合物。

化合物成分子状态者称为分子化合物,如水、糖等。化合物由离子结合者称为离子化合物,如食盐、芒硝等。化合物可用化学式来表示,化学式是由化合物中所含各元素之符号所组成。例如由两种元素构成的二元化合物,在书写其化学式时,如同命其英文名称,金属元素写在前,而较少金属性者其次。如食盐(氯化钠)的化学式为NaCl。当化合物中不同元素间原子数目不等时,其比率可写在符号下以数字表示之。如蔗糖的化学式为

对化合物的分类,是研究化学物质分类的一个主要内容。时下通行的化合物分类方法是按化合物分子的不同来分类。

可以把化合物分为有机化合物和无机化合物。

有机化合物有机化合物含碳的化合物(但含碳的化合物不一定是有机物)。仅含碳、氢两种元素的化合物叫做。如甲烷(CH4)是烷烃、乙烯(C2H4)是烯烃、乙炔(C2H2)是炔烃,苯(C6H6)是芳香烃。有机物是含碳元素的化合物(除CO2、CO、H2CO3以及碳酸盐外)如CH4、C2H5OH、CH3COOH都含有碳(C)元素。

无机化合物:无机化合物为不含碳氢化合物,如H2O、KClO3、MnO2、KMnO4、NaOH等等,都是无机物。 无机物可以具体分为以下几类:

酸:由氢和酸根离子构成的物质是酸。如HCl、HNO3、H2SO4。需要注意的是,氨基磺酸、乙酸等是有机物,分别属于磺酸和羧酸类,它们也被当作是广义的酸,而不再区分是否是无机物。

碱:由阳离子和氢氧根离子构成的物质是碱。如LiOH、NaOH、Ca(OH)2、NH3H2O、NH2OH等。

盐:由阳离子和酸根离子构成的物质是盐,如K2SO4、HgCl2、Ba(NO3)2等。它们分别有K+、Hg2+、Ba2+离子和相应的酸根离子SO42-、Cl-和NO3-。Cu(CH3COO)2是乙酸铜,虽然含有乙酸(有机酸)的酸根,但仍然被认为是无机物。(对于有碳-金属共价键的才认为是金属有机化合物)

氧化物:由两种元素组成且其中一种是负价氧的化合物为氧化物,如CeO2、MnO2、K2O、N2O、XeO4等。对于H2O2、Na2O2一类的过氧化物,在中学阶段仍认为是氧化物。实际上,H2O2是一种弱酸,O22-为其酸根离子,因此Na2O2是盐。

碳化物:由两种元素组成且其中一种是负价碳的化合物为碳化物,如WC、CaC2、Fe3C等。CO2虽然由两种元素组成,但其中碳是正价,因此不是碳化物,而是氧化物。

氮化物:由两种元素组成且其中一种是负价氮的化合物为氮化物,如BN、Si3N4、Mg3N2等。需要注意的是,叠氮化物不属于氮化物,它属于盐,因为叠氮根是叠氮化氢(一种酸)的酸根离子。

离子化合物:钠是金属元素,氯是非金属元素。钠和氯的单质都很容易跟别的物质发生化学反应。它们互相起化学反应时,生成化合物氯化钠

从钠和氯的原子结构看,纳原子的最外电子层有1个电子,容易失去,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。所以当钠跟氯反应时,气态钠原子的最外电子层的1个电子转移到气态氯原子最外电子层上去,这样,两个原子的最外电子层都成了8个电子的稳定结构。

在这个过程中,钠原子因失去1个电子而带上了1个单位的正电荷;氯原子因得到1个电子而带上了1个单位的负电荷。这种带电的原子叫做离子。带正电的离子叫做阳离子,如钠离子(Na+);带负电的离子叫做阴离子,如氯离子(Clˉ)。这两种带有相反电荷的离子之间相互作用,就形成化合物氯化钠。它呈电中性。

在通常情况下,氯化钠是固体。像氯化钠这种由阴、阳离子相互作用而构成的化合物,就是离子化合物。如氯化钾(KCl),氯化镁(MgCl2),氯化钙(CaCl2),氟化钙(CaF2)等都是离子化合物。带电的原子团也叫离子,如硫酸根离子,氢氧根离子(OHˉ)等。硫酸锌(ZnSO4),碳酸钠(Na2CO3)、氢氧化钠(NaOH)等也是离子化合物。

共价化合物:盐酸是氯化氢气体的水溶液。氢气跟氯气化合可以生成氯化氢气体。

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。这两种元素的原子获得电子难易的程度相差不大,所以都未能把对方的电子夺取过来。两种元素的原子相互作用的结果是双方各以最外层1个电子组成一个电子对,这个电子对为两个原子所共用,在两个原子核外的空间运动,从而使双方最外层都达到稳定结构。这种电子对,叫共用电子对。共用电子对受两个核的共同吸引,使两个原子形成化合物的分子。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。

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。如水、二氧化碳等都是共价化合物。

配位化合物:由中心原子(或离子 ))和几个配体分子(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,简称配合物,也叫络合物。配位化合物是共价化合物的一种。

Ni(CO)4 都是配位单元, 分别称作配阳离子、配阴离子、配分子。

[ Co(NH3)6]Cl3 , K3[Cr(CN)6], Ni(CO)4 都是配位化合物。[Co(NH3)6] [Cr(CN)6] 也是配位化合物。判断的关键在于是否含有配位单元。

化合物具有一定的特性,通常还具有一定的组成。

例: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。

例:氯化钠(sodium chloride, NaCl)是一种通过盐酸(hydrochloric acid, HCl)和氢氧化钠(sodium hydroxide, NaOH)的化学作用(中和反应)而成的化合物。HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

与混合物区别:

(1)化合物组成元素不再保持单质状态时的性质;混合物没有固定的性质,各物质保持其原有性质(如没有固定的熔、沸点)。

(2)化合物组成元素必须用化学方法才可分离;

(3)化合物组成通常恒定。混合物由不同种物质混合而成,没有一定的组成,不能用一种化学式表示。

元素、单质、化合物的主要区别:

要明确单质和化合物是从元素角度引出的两个概念,即由同种元素组成的纯净物叫做单质,由不同种元素组成的纯净物叫做化合物。无论是在单质还是化合物中,只要是具有相同核电荷数的一类原子,都可以称为某元素。

三者的主要区别是:元素是组成物质的成分,而单质和化合物是指元素的两种存在形式,是具体的物质。元素可以组成单质和化合物,而单质不能组成化合物。

化合物与固溶体的区别

相同:均为单相材料。

不同:A和B形成固溶体后,其结构与主晶体一致,A与B间无确定的摩尔比,可以在一定范围内波动,如红宝石,A与B形成化合物AmBn后,生成物结构即不同于A也不同于B,是一种新结构,A与B存在一定摩尔比。

非等比化合物

在通常人们的印象当中,化合物都是由几种固定的按简单数学配比的元素所组成,然而更多的化合物却是非等比化合物,尤其是无机化合物。所谓非等比化合物,就是组成是非计量比或非整比的化合物,即这些化合物的组成原子间不为小整数比,且组成可在一定范围内变化,不符合定组成定律

最新的研究表明,该类化合物大致包括以下几类:

(1)由两种或多种金属共熔形成的合金体系。由于各类合金可能存在多种相平衡点,因而形 成了多种组成可变的合金化合物。如钢由Fe与C组成的二元体系中,由于组成的不同可形成奥氏体、莱氏体、马氏体和珠光体等不同的相。

(2)在岩盐体系中,晶格中由于生成极小部分的缺陷而呈现特殊颜色的化合物,如下钠蒸气中加热氯化钠形成Na+δCl(δ<<1),是一种浅绿色化合物。

(3)许多过渡金属的氧化物、硫化物、氮化物碳化物氢化物,这些具有丰富的物理和化学性质的化合物一般都是非等比化合物。

化合物种类繁多,达一千多万种,有的化合物由阴阳离子构成,如氯化钠NaCl、硫酸铵(NH4)2SO4等;有的化合物由分子构成,如氨气NH3、甲烷CH4五氧化二磷P2O5二硫化碳CS2等;有的化合物由原子构成,如二氧化硅SiO2、碳化硅SiC等。化合物可以分为无机化合物(不含碳的化合物)和有机化合物(含碳的化合物,除CO、CO2、H2CO3和碳酸盐等)两大类。按化学性质的不同,可以把化合物分为氧化物、酸类、碱类和盐类。

物质世界是多姿多彩的,从古代最原始的分类(金、木、水、火、土)到现代(截至2013年12月12日)有确定组成的几十万种化合物,每年还有大量新的化合物被发现。

已知的化合物的数量,各方面的统计不太一致。比较公认的是美国《化学文摘》编辑部的统计:已发现天然存在的化合物和人工合成的化合物,大约有三百多万种。这些化合物有的是由两种元素组成的,有的是由三种、四种以至更多的化学元素组成的。 每年依然有新合成的化合物数量达30余万,其中90-以上是有机化合物。

化合物纯度的鉴定方法,从快速、便宜、简便的要求出发,主要来之于以下几点:

TLC纯度的鉴定:

1 展开溶剂的选择,不只是至少需要3种不同极性展开系统展开,是首先要选择三种分子间作用力不同的溶剂系统,如氯仿\甲醇,环己烷\乙酸乙酯,正丁醇\醋酸\水,分别展开来确定组分是否为单一斑点。这样做的好处是很明显的,通过组份间的各种差别将组分分开,有可能几个相似组份在一种溶剂系统中是单一斑点,因为该溶剂系统与这几个组分的分子间力作用无显著的差别,不足以在TLC区分。而换了分子间作用力不同的另一溶剂系统,就有可能分开。这是用3种不同极性展开系统展开所不能达到的。

2 对于一种溶剂系统正如wxw0825所言,至少需要3种不同极性展开系统展开,其一种极性的展开系统将目标组分的Rf推至0.5,另两极性的展开系统将目标组分的Rf推至0.8,0.2。作用是检查有没有极性比目标组分更大或更小的杂质。

3 显色方法,光展开是不够的,还要用各种显色方法。一般一定要使用通用型显色剂,如10-硫酸,碘,因为每种显色剂(不论是通用型显色剂,还是专属显色剂在工作中都遇到他们都有一化合物不显色的时候),再根据组分可能含有混杂组份的情况,选用专属显色剂。只有在多个显色剂下均为单一斑点,这时才能下结论样品为薄层纯

熔程判断纯度:

原理很简单,纯化合物,熔程很短,1,2度。混合物熔点下降,熔程变长。

HPLC的纯度鉴定:

对于HPLC因为常用的系统较少,加之其分离效果好,一般不要求选择三种分子间作用力不同的溶剂系统,只要求选这三种不同极性的溶剂系统,使目标峰在不同的保留时间出峰。

软电离质谱的纯度鉴定:

如ESI-MS,APCI-MS。大极性化合物选用ESI-MS,极性很小的化合物选用APCI-MS,这些软电离质谱的特点是只给出化合物的准分子离子峰,通过正负离子的相互沟通来确定分子量。如果样品不纯,就会检出多对准分子离子峰,不但确定了纯度,还能明确混杂物的分子量。

核磁共振的纯度鉴定:

从氢谱中如果发现有很多积分不到一的小峰,就有可能是样品是样品中的杂质。利用门控去偶的技术通过对碳谱的定量也能实现纯度鉴定。

每种方法多有各自的局限性,如基于氢谱的纯度鉴定,如果发现有很多积分不到一的小峰,还有可能使样品中的活泼质子,基于软电离质谱的纯度鉴定,如果混杂物的分子量与目标物一样就无法检出。

对化合物纯度,世界上不存在100-纯的化合物。希望要多高的纯度应该与目的有关,例如,想测核磁共振鉴定结构,一般要求95-的纯度,如果想测EI-MS,纯度越高越好。99-以上。

以上的方法都不能区分对应异构体

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