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  liuwei4150 2008-10-16 00:00:00

  化學(xué)物質(zhì)是化學(xué)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)承擔(dān)者，也是化學(xué)科學(xué)研究的物質(zhì)客體。這種物 質(zhì)客體雖然從化學(xué)對(duì)象來(lái)看只是以物質(zhì)分子為代表，然而從化學(xué)內(nèi)容來(lái)看則具有 多種多樣形式，涉及到許許多多物質(zhì)。因此，研究化學(xué)物質(zhì)的分類就顯得非常重 要。 按照物質(zhì)的連續(xù)和不連續(xù)（分立的）形式，首先可以把化學(xué)物質(zhì)分為連續(xù)的 宏觀形態(tài)的物質(zhì)，如各種元素、單質(zhì)與化合物，以及不連續(xù)的微觀形態(tài)的物質(zhì)， 如各種化學(xué)粒子等兩大類物質(zhì)。 一、化學(xué)粒子的分類 化學(xué)粒子的種類也是紛繁多樣的。根據(jù)現(xiàn)代化學(xué)的研究成果，我們可以把它 們分為原子、分子、離子、自由基、膠粒、絡(luò)合粒子、高分子、活化分子、活化 配位體化合物和生物大分子等等。這些物質(zhì)粒子中的每種粒子都有其自身的組成 和結(jié)構(gòu)。它們之間是有區(qū)別的，然而又是相互聯(lián)系的。 原子被看作是化學(xué)變化中保持本性不變的Z小粒子。 分子是由原子構(gòu)成的粒子，是化學(xué)運(yùn)動(dòng)的主要承擔(dān)者，在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生質(zhì) 變。 離子是原子（或原子團(tuán)）失去或得到電子形成的帶電粒子。 自由基是含有未配對(duì)電子的不帶電荷的物質(zhì)粒子。它主要是從有機(jī)化合物分 子進(jìn)行分解而形成的，又稱游離基。 膠粒是在分散體系中線性大小介于1 ～100nm （1nm=10-7cm）的帶電分散相 粒子。它是由分子聚積成的膠核和離子組成的復(fù)雜粒子。 絡(luò)合離子現(xiàn)今通稱為配位粒子。它是由ZX離子（或原子）與其它一些粒子 （離子或分子）通過配位鍵結(jié)合起來(lái)的荷電的或中性的復(fù)雜粒子。 高分子則是由大量原子以共價(jià)鍵結(jié)合起來(lái)的大分子。分子量高達(dá)幾千到幾百 萬(wàn)（而一般有機(jī)化合物分子量約在500 以下）。如以來(lái)源劃分，可分為天然高分 子化合物（如蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等）和合成高分子化合物（如塑料、合成橡 膠、合成纖維等）；如以組成和結(jié)構(gòu)劃分，又可分為由同一結(jié)構(gòu)單元（單體分子） 多次重復(fù)聯(lián)結(jié)成的高聚物高分子（如聚乙烯、聚丙烯等），以及由不同結(jié)構(gòu)單元 形成，并具有特殊生命功能的生物高分子（如蛋白質(zhì)和核酸等）。 隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，本世紀(jì)以來(lái)又相繼發(fā)現(xiàn)了諸如活化分子、活化配位體 化合物等一些新的物質(zhì)粒子。 在上述這些化學(xué)粒子中，原子是基礎(chǔ)，原子核外的電子是橋梁，其它粒子則 是以原子為基礎(chǔ)通過電子的轉(zhuǎn)移、結(jié)合（配對(duì)）、接受而形成的。 研究化學(xué)粒子的分類，可以充分證明化學(xué)粒子多樣性的統(tǒng)一，具有重要意義。 這是我們確立化學(xué)科學(xué)在自然科學(xué)體系中的地位和在化學(xué)科學(xué)內(nèi)部進(jìn)行分類的重 要基礎(chǔ)?；瘜W(xué)粒子是化學(xué)研究?jī)?nèi)容所包含的物質(zhì)客體。它使化學(xué)同物理學(xué)和生物 學(xué)等學(xué)科相區(qū)別；同時(shí)這些學(xué)科又從不同角度研究一些相同的化學(xué)粒子，又使化 學(xué)同物理學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科發(fā)生聯(lián)系和相互過渡。在化學(xué)科學(xué)的內(nèi)部，隨著人們 對(duì)化學(xué)粒子多樣性的深入研究，不斷分化出許多新的分支學(xué)科。例如19世紀(jì)在原 子—分子學(xué)說的基礎(chǔ)上，人們把化學(xué)分成無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)等；后來(lái)發(fā)現(xiàn)了配 位粒子，人們就從其中分化出配位體化學(xué)；再往后又分化出研究離子行為的電化 學(xué)和溶液化學(xué)；研究膠粒及其組成的分散體系的膠體化學(xué)；研究高分子物質(zhì)的高 分子化學(xué)；以及研究生物大分子行為的生物化學(xué)等。可以預(yù)料，隨著化學(xué)的發(fā)展， 還會(huì)發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)粒子，人們對(duì)化學(xué)粒子分類的研究，也必將日益深入。 二、化學(xué)元素的分類 化學(xué)物質(zhì)的宏觀連續(xù)狀態(tài)，可以分為單質(zhì)和化合物兩大類，而它們又都是由 元素構(gòu)成的。 人類認(rèn)識(shí)的元素目前已達(dá)109 種。其中有94種是在自然界中已找到的天然元 素，15種是人造元素。 對(duì)元素的分類早在19世紀(jì)初就開始研究了。在門捷列夫之前已有不少化學(xué)家 從事過化學(xué)元素的分類研究。例如波登科弗、格拉法斯通、杜馬、尚古都等人從 各個(gè)角度出發(fā)對(duì)元素進(jìn)行分類?；蛞栽仉娀?yàn)榉诸悩?biāo)準(zhǔn)，或以原子價(jià)，或以 原子量順序?yàn)榉诸悩?biāo)準(zhǔn)等，其中比較重要的分類成果是“三素組”、“八音律” 和“邁爾曲線”。 “三素組”是1829年由段柏萊納創(chuàng)立的。他把已知元素中的十五種分作五組， 每組中包含著三個(gè)性質(zhì)相似的元素，故稱“三素組”。他指出在三個(gè)同組的元素 中，中間元素的原子量等于前后相鄰的二個(gè)元素原子量的算術(shù)平均值。而英國(guó)人 紐蘭茲則試著把元素按原子量大小的順序排列起來(lái)。1865年他發(fā)現(xiàn)“第八個(gè)元素 是diyi個(gè)元素的某種重復(fù)，就像音樂中八度音程的第八個(gè)音符一樣”，被稱為元 素分類的“八音律”。德國(guó)化學(xué)家邁爾經(jīng)過細(xì)致的分類研究，指出“元素的性質(zhì) 為原子量的函數(shù)。”他把原子量作為橫坐標(biāo)，以原子體積為縱坐標(biāo)，繪成了原子 體積曲線，結(jié)果是相似的元素在曲線上都占據(jù)著類似的位置。如此，顯示了原子 體積和原子量的函數(shù)關(guān)系。這就是的邁爾曲線。 1869年，門捷列夫在前人工作的基礎(chǔ)上，著重研究了對(duì)元素的綜合性分類。 他指出“不管人們?cè)敢獠辉敢狻?，在元素的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)之間一定存在某些 聯(lián)系……因此就應(yīng)該找出元素特性和它們?cè)恿恐g的關(guān)系?！彼旬?dāng)時(shí)已知的 63種元 表6 —1 門捷列夫diyi次發(fā)表的元素周期系（1869年） O пъITъC иCTE мъI эпEHTOB ъ OCHOBaHHO йHaиX ъaTOMHOM ъB ъC ъиX иM ичeCKOM ъCXO ДCTB ъ。 Ti=50 Zr=90 ？=180. V=51 Nb=94 Ta=182. Cr=52 Mo=96 W=186. Mn-55 Rh=104.4 Pt=197.4 Fe=56 Ru=104.4 Ir=198 ， Ni=Co=59 Pl=106.6 Os=199. H=1 Cu=63.4 Ag=108 Hg=200. Be=9.4 Mg=24 Zn=65.2 Cd=112 B=11 Al=27.4？=68 Ur=116 Au=197 ？ C=12 Si=28？=70 Sn=118 N=14 P=31 As=75 Sb=122 Bi=210 ？ O=16 S=32 Se=79.4 Te=128？ F=19 Cl=35.5 Br=80 I=127 Li=7 Na=23 K=39 Rb=85.4 Cs=133 Tl=204. Ca=40 Sr=87.6 Ba=137 Pb=207. ？=45 Ce=92 ？Er=56 La=94 ？Yt=60 Di=95 ？In=75.6 Th=118？ 素進(jìn)行分類，首次創(chuàng)立了元素周期表（表6 —1 ）。 門捷列夫diyi次對(duì)元素做了本質(zhì)性的分類。后來(lái)由于人類認(rèn)識(shí)的元素越來(lái)越 多，特別是19世紀(jì)末物理學(xué)的一系列新發(fā)現(xiàn)，使莫斯萊把門捷列夫的分類又推向 新的水平。至今人們已對(duì)元素的分類形成了更加完備的認(rèn)識(shí)。元素周期律是應(yīng)用 化學(xué)分類方法取得成功的典范。 在化學(xué)物質(zhì)中比較簡(jiǎn)單的是單質(zhì)，它是由相同元素組成的物質(zhì)，可分為三類 ：金屬、非金屬和稀有氣體。 三、化合物的分類 對(duì)化合物的分類，是研究化學(xué)物質(zhì)分類的一個(gè)主要內(nèi)容。現(xiàn)在通行的化合物 分類方法是按化合物分子的不同來(lái)分類。首先分為無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物。 無(wú)機(jī)化合物中，按分子的組成與結(jié)構(gòu)方式不同可分為氧化物、堿、酸和鹽類。 而每類化合物當(dāng)然又可以進(jìn)一步分類。例如在氧化物中，可以分為酸性氧化物、 堿性氧化物和兩性氧化物三大類；無(wú)機(jī)酸類又可以分為含氧酸（如H2SO4 ）和無(wú) 氧酸（如HCl ）兩類。同樣，堿類和鹽類均可以進(jìn)一步分類。 對(duì)有機(jī)化合物，人們通常根據(jù)碳干的不同把它們分為鏈狀化合物、碳環(huán)化合 物和雜環(huán)化合物三大類。其中，碳環(huán)化合物又可分為脂環(huán)類化合物和芳香族化合 物。有機(jī)化合物也可以依照其它標(biāo)準(zhǔn)分為脂肪族、脂環(huán)族、芳香族和雜環(huán)化合物 四大類。在脂肪族化合物分子中碳原子與碳原子之間結(jié)成了鏈狀結(jié)構(gòu)，所以也就 是上述的鏈狀化合物；脂環(huán)化合物分子里含有碳環(huán)，但其性質(zhì)與脂肪化合物類似， 故稱脂環(huán)化合物；芳香族化合物的分子結(jié)構(gòu)中都含有由六個(gè)碳原子組成的苯環(huán)， 在環(huán)上的碳原子間由單鍵和雙鍵交替連接著而構(gòu)成了特殊的大π健，其性質(zhì)與脂 肪族、脂環(huán)族不同；雜環(huán)化合物的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中除碳原子外，還有其它原子（如N 、 S 、O 等），只有類似于芳香族化合物的特性。 在有機(jī)化合物中，還可以把含有相同官能團(tuán)的化合物歸為一類（表6 —2 ）。 這樣就可把有機(jī)化合物分為烴、醇、酚、醛、酮、羧酸、醚、胺、鹵化物、硝基 化合物，磺酸化物等類型。例如羧酸類化合物中均含有相同的官能團(tuán)——羧基（ ）， 決定著這一類化合物所具有的共同特性：均顯 表6-2 有機(jī)化合物按官能團(tuán)分類 酸性（雖然強(qiáng)弱有所不同）；均能與醇反應(yīng)生成酯；核磁共振譜均有較大的 σ值（10.5～12）等。由此可見，一定的官能團(tuán)可以賦予分子一定的特性，不同 的官能團(tuán)則可導(dǎo)致物質(zhì)性質(zhì)的巨大差異。因此，我們只要知道了某種物質(zhì)含有哪 些官能團(tuán)，即可推測(cè)出它所具有的基本性質(zhì)；反之，也可以由物質(zhì)的某些性質(zhì)， 推斷出其分子內(nèi)具有什么樣的官能團(tuán)。所以，這種以官能團(tuán)進(jìn)行有機(jī)化合物的分 類，會(huì)給化學(xué)研究工作帶來(lái)很大方便，提高有效性。 四、化學(xué)試劑的分類 化學(xué)試劑作為檢驗(yàn)各種化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是一種重要的實(shí)際應(yīng)用的化學(xué) 物質(zhì)。通常是把它們分為無(wú)機(jī)化學(xué)試劑、有機(jī)化學(xué)試劑和生化試劑三大類。 1.無(wú)機(jī)化學(xué)試劑通常有兩種不同分類標(biāo)準(zhǔn)。 其一是按用途分類。蘇聯(lián)化學(xué)家?guī)炱澞舴蛟谄渌摹痘瘜W(xué)試劑與制劑手 冊(cè)》中，從分析的角度出發(fā)，把無(wú)機(jī)試劑分為4 大類：（1 ）用作溶劑的試劑， 包括各種酸類、堿類及各種不同的“熔合物質(zhì)”，如焦硫酸鹽、堿金屬的碳酸鹽、 氟化物等；（2 ）分離試劑，有沉淀試劑、提取溶劑等，如硫化物、碳酸鹽、氫 氧化物……；（3 ）用于檢驗(yàn)的試劑，如氧化劑、還原劑、基準(zhǔn)物質(zhì)、用于分析 中的各種試劑等；（4 ）輔助試劑，如絡(luò)合物的形成劑、用作緩沖溶液的試劑、 指示劑等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)機(jī)試劑的用途越來(lái)越廣，又出現(xiàn)了諸如電子 工業(yè)試劑、儀器分析試劑、生化試劑等。 其二是按無(wú)機(jī)試劑的性質(zhì)分類。把試劑分為金屬、非金屬、化合物。又把化 合物分為氧化物、酸、堿、鹽等。蘇聯(lián)H.Г?？肆羝蚰峥品蛩稛o(wú)機(jī)合成手冊(cè) 》中把無(wú)機(jī)試劑分為9 類：（1 ）金屬，如鋅、銅等；（2 ）非金屬，如硼、硅 等；（3 ）氧化物，如氧化鐵、二氧化鉬等；（4 ）氫化物，如氫化鋰、氫化鈣 等；（5 ）鹵化物，如三氯化鐵、四氯化硅等；（6 ）含氧酸，如高氯酸、鎢酸 等；（7 ）含氧酸鹽，如硝酸鋇、硫酸鈉等；（8 ）硫化物、氮化物、碳化物及 與它們類似的二元化合物，如碳化鈣、氮化鎂、硫化汞、碘化鋁等；（9 ）絡(luò)合 物，如氯鉑酸鉀、三氟合鋅酸鉀等。 2.有機(jī)試劑由于種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用途廣泛，目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。 常用的是按用途和反應(yīng)機(jī)構(gòu)兩種分類法。 按用途分類時(shí)有機(jī)試劑可分為2 類：（1 ）分析試劑，是直接用于無(wú)機(jī)離子 或化合物分析測(cè)定的試劑，即通常的有機(jī)試劑，諸如有機(jī)沉淀劑、共沉淀劑、萃 取劑、顯色劑、金屬指示劑、絡(luò)合劑、基準(zhǔn)物質(zhì)和在容量分析中配制操作溶液的 有機(jī)試劑等；（2 ）輔助試劑，包括用于溶解和萃取的有機(jī)溶劑、用于調(diào)節(jié)溶液 pH值的緩沖劑，另外還有掩蔽劑、氧化- 還原劑、凝聚劑、保護(hù)膠體和層析劑等。 按反應(yīng)機(jī)構(gòu)分類時(shí)，依據(jù)有機(jī)試劑與無(wú)機(jī)離子或化合物的反應(yīng)類型不同，可 以分為4 類：（1 ）形成正鹽的試劑，包括有機(jī)酸、酸性化合物和有機(jī)堿，都能 與無(wú)機(jī)離子形成電價(jià)結(jié)合的鹽，其中羧酸、胂酸、膦酸、酸性硝基化合物（如2 ， 4 ，6-）常用作陽(yáng)離子沉淀劑。有機(jī)堿則用作陰離子沉淀劑；（2 ） 中性絡(luò)合劑，在反應(yīng)過程中能與金屬離子或化合物形成絡(luò)合物，通常都是含氮雜 環(huán)化合物和有機(jī)胺。此外還有中性磷酸酯，如磷酸三丁酯（TBP ）；（3 ）形成 螯合鹽的試劑，如8-羥基喹啉；（4 ）其它類型有機(jī)試劑。 3.生化試劑主要有4 類分類方法。 （1 ）按生物體組織中所含有的或代謝過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)來(lái)分類。包括蛋 白質(zhì)、多肽、氨基酸及其衍生物、核酸、核苷酸及其衍生物、酶、輔酶、糖類、 脂類及其衍生物、甾類和激素、生物堿、維生素、膽酸鹽、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)和 卟啉類及其衍生物等。 （2 ）按在生物學(xué)研究中的用途和新技術(shù)的發(fā)展來(lái)分類?？煞譃殡娪驹噭?、 色譜試劑、離心分離試劑、免疫試劑、標(biāo)記試劑、組織化學(xué)試劑、分子重組試劑、 誘變劑和致癌物質(zhì)、殺蟲劑、培養(yǎng)基、緩沖劑、電鏡試劑、蛋白質(zhì)和核酸的沉淀 劑、縮合劑、超濾膜、臨床診斷試劑、抗氧化劑、染色劑、防霉劑、去垢劑和表 面活性劑、生化標(biāo)準(zhǔn)品試劑和分離材料等。 （3 ）按生物體的物質(zhì)特性作為研究生物體的工具來(lái)分類。如外源凝集素、 血液分級(jí)部分、KJ素、代謝和酶YZ劑、環(huán)磷酸化合物、免疫試劑和組織培養(yǎng) 試劑等。 （4 ）根據(jù)生物學(xué)中比較活躍領(lǐng)域中的一些新穎技術(shù)方法使用的試劑而分類， 如親和層析材料、發(fā)色基團(tuán)酶底物、培養(yǎng)基、固定化酶、組蛋白等。 五、化學(xué)物質(zhì)的多維分類 關(guān)于化學(xué)物質(zhì)的分類，目前正隨著化學(xué)的發(fā)展而不斷進(jìn)行新的嘗試。近十年 來(lái)，我國(guó)化學(xué)家、北京大學(xué)徐光憲教授正致力于探索一種新的化學(xué)物質(zhì)分類 法，即分子分類法或“多維分類”法。1982年，在中日美三國(guó)金屬有機(jī)化學(xué)討論 會(huì)上，他提出了分子的（n ×c π）四維分類法及有關(guān)的七條結(jié)構(gòu)規(guī)則①。在新 的分類法中，他提出了分子片的概念。分子片是處于原子和分子之間的一個(gè)中間 層次的概念。例如無(wú)機(jī)化合物中的硫酸根（SO42- ）、碳酸根（CO32- ）等和有 機(jī)化合物的官能團(tuán)，都可視為分子片。每個(gè)分子片都由ZX原子和配位體所組成。 應(yīng)用這種分子的分類方法，可以把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的各種有機(jī)的和無(wú)機(jī)的分子看作是 各由若干分子片所組成。按照（n ×c π）四維分類法把所有的分子分成4 大類 型，即單片分子、雙片分子、多片分子（含鏈?zhǔn)健h(huán)式、多環(huán)式和原子簇化合物） 和復(fù)合分子（可看作是由鏈、環(huán)、簇的的各種組合而成的復(fù)雜原子）等4 大類型。 組成這些分子的分子片又可以按它的價(jià)電子數(shù)的多少分為25類。對(duì)同一類分子片， 還可以按其ZX原子所屬的周期不同進(jìn)一步分類。這樣，使用分子片的概念并運(yùn) 用四維分類法與結(jié)構(gòu)規(guī)則，就可以把所有的分子進(jìn)行分類。同時(shí)還可以由分子式 去估算分子的結(jié)構(gòu)類型，預(yù)見新的原子簇化合物和金屬有機(jī)化合物，并探討它們 的反應(yīng)性能等。

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