中学教师实用化学辞典(三)②

2019-11-13 17:15:28

  二、物质的分类

  【元素】又称化学元素。具有相同核电荷数(即相同质子数)的同一类原子的总称。现在已经发现108种元素,其中包括22种非金属元素和86种金属元素,金属元素与非金属元素的区分是相对的,一些非金属元素也具有类金属(半金属)的性质。元素的最小单位是原子。大多数元素都有同位素,这是由于原子核内的中子数不同引起的,如氢由质量数为1、2和3的三种同位素组成。在1940年以前,元素周期表中铀以后的元素(超铀元素)是不存在的,都是以后由人工合成的放射性元素。在自然界里元素以游离态和化合态两种形式存在,但大部分是以化合态存在的。

  【化合态】元素以化合物存在的形态。如水中氢元素和氧元素都是化合态的。

  【游离态】元素以单质存在的形态。如氧气中的氧元素是游离态存在的。

  【纯净物】由一种单质或一种化合物组成的物质。纯净物具有固定的组成、结构和性质,例如纯净的水无色透明、无味。密度是1克/厘米3,熔点0℃,沸点100℃。自然界里纯净物极少,根据生产和科学实验的要求,可按物质不同性质进行提纯。实际上绝对纯的物质是不存在的,凡含杂质的量不至于在生产和科学实验过程中发生有害影响的物质,就当作纯净物,如作半导体材料的高纯硅,其纯度为99.999999999%,也不是完全纯净的。因此,纯净物一般是指含杂质很少具有一定纯度的物质。

  【混和物】由几种不同的单质或化合物通过机械混和而成的物质。混和物没有固定的组成,混和物中各成分仍保持各自原有的性质,可以利用混和物中所含各成分的不同物理性质进行分离,例如空气中所含的氮气、氧气、惰性气体等可利用它们的沸点不同而分离开来。

  【单质】由同种元素组成的纯净物。单质不可能再分解成两种或两种以上的不同物质。例如氧气(O2)、磷(P4)、铁(Fe)、银(Ag)等。单质和元素是两个不同的概念,元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称,元素以游离态存在时为单质,有些元素可以形成多种单质,例如碳元素可以形成金刚石、石墨和无定形碳等多种单质。根据单质的不同性质,一般单质可分为金属和非金属两大类。

  【同素异形体】见同素异性体条。

  【同素异性体】同一种元素组成的不同性质的单质互称同素异性体。形成同素异性体原因有三类:组成分子的原子数目不同形成的同素异性体,如O2和O3;晶体中原子的排列方式不同形成的同素异性体,如金刚石和石墨;晶体中分子的排列方式不同形成的同素异性体,如斜方硫和单斜硫。其中晶体的同素异性体也称同素异形体。

  【化合物】由不同种元素组成的纯净物。化合物具有固定的组成并具有一定的性质。化合物从成分上可分为有机物和无机物两大类,从构成化合物的化学键又可分为离子化合物和共价化合物两大类。

  【无机物】是无机化合物的简称,通常指不含碳元素的化合物。但少数含碳的化合物,如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰化物等也属无机物。无机物大致可以分为氧化物、碱、酸和盐四大类。

  【有机物】是有机化合物的简称。指含碳元素的化合物。组成有机物的元素除碳以外,通常还含有氢、氧、氮、硫、磷、卤素等。以前,把动植物等有机体中取得的糖类、蛋白质、油脂等物质叫有机物,到19世纪20年代,科学家先后从非生物体内取得的物质合成了许多有机物,如尿素、醋酸等,从而打破了有机物只能从有机体中取得的概念,但习惯上一直沿用有机物这个名称。有机物一般难溶于水而易溶于有机溶剂;熔点低;绝大多数有机物受热容易分解,而且容易燃烧;有机物的化学反应比较慢,并常伴有副反应发生。有机物一般可以分为烃和烃的衍生物两大类,因此有机物也就是烃和烃的衍生物的总称。

  【金属】由金属元素组成的单质。具有金属光泽、不透明、有延性和展性、有良好的传热性和导电性的一类物质。在金属晶体中有中性原子、阳离子和自由电子,金属具有上述性质,都与晶体中存在自由电子有关。常温下除汞外,都以固态形式存在。化学性质一般表现较强的还原性,由于金属元素原子的价电子较少,原子半径较大,在反应中容易失去价电子成为阳离子的缘故。工业上通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。有色金属又可分成轻金属、重金属、贵金属和稀有金属等。

  【非金属】由非金属元素组成的单质。非金属一般没有金属光泽,不是电和热的良导体,没有延性和展性。在通常情况下,非金属有的是固体,有的是气体,只有溴是液体。非金属固体大多数是分子晶体,硬变小,熔点、沸点较低,但有的非金属固体属原子晶体,如金刚石、晶体硅等,它们的硬度大,熔点、沸点较高。非金属元素的原子价电子较多,原子半径较小,在化学反应中倾向于得到电子。大多数非金属既具有氧化性,又具有还原性。金属与非金属没有严格界限,位于周期表P区左上到右下对角线附近的元素,如硼、硅、锗、砷、锑、碲等既具有非金属的性质,又具有金属的性质,可把这些元素的单质称为准金属或半金属。

  【惰性气体】又称稀有气体,系周期系中零族元素,包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和放射性元素氡(Rn)等六种元素。无色、无臭、无味,微溶于水,溶解度随分子量增大而增加。均为单原子分子。通常在化学性质上表现出惰性,至今已制出氙的稳定化合物,如XeF2、XeF4等,氪也可能形成类似氙的化合物,如KrF2,但不很稳定,它仅能在-30℃时存在。其它稀有气体的化合物尚未制出。这些气体存在于大气之中,约为空气的1%(体积),主要是氩,其它的很少。可以从液态空气分馏时制得。氡是放射性元素镭(Ra)蜕变时的产物,也叫镭射气。

  【黑色金属】通常是指铁、铬、锰和铁的合金(主要指钢铁)。在各种金属中,铁在地壳中分布较集中,储量较丰富,开采和冶炼较多,价格也较廉。铸铁和钢的品种和规格很多,它们是工业上最广泛应用的金属材料,在国民经济中占有极重要的地位。铬与锰主要应用于制合金钢。铁、铬、锰及其合金都不是黑色的,而钢铁表面经常覆盖着一层黑色的四氧化三铁。这样分类,主要是从钢铁在国民经济中的重要地位出发的。

  【有色金属】通常是指除铁、铬、锰和铁的合金以外的其它金属。可分为四类:(1)重金属,如铜、锌、铅、镍等。(2)轻金属,如钠、钙、镁、铝等。(3)贵金属,如金、银、铂、铱等。(4)稀有金属,如锗、铍、镧、铀等。

  【重金属】一般是指密度在4.5克/厘米3以上的金属。例如铜、锌、钴、镍、钨、钼、锑、铋、铅、锡、汞等,过渡元素大都属于重金属。也有把密度在5克/厘米3以上的金属称为重金属的。

  【轻金属】一般是指密度在4.5克/厘米3以下的金属。例如钠、钾、镁、钙、铝等。周期系中第一、二主族均为轻金属。也有把密度在5克/厘米3以下的金属称为轻金属的。

  【贵金属】通常是指金、银和铂族金属(包括钌、铑、钯、锇、铱、铂)。这些金属在地壳中含量较少,不易开采,价格较贵,所以叫贵金属。这些金属对氧和其它试剂较稳定,金和银常用来制造装饰品和硬币。

  【稀有金属】通常是指自然界中含量较少,比较分散的金属。它们难于从原料中提取,在工业上制备及应用较晚。稀有金属和普通金属没有严格界限,某些稀有金属比铜、汞、镉等金属还多。稀有金属在现代工业中具有重要的意义,往往把黑色金属、有色金属和稀有金属并列为三大类。稀有金属根据其在地壳中的分布状况及冶炼方法,可分为六类:(1)稀有轻金属,如锂、铷、铯、铍、钛等。(2)稀有难熔金属,如钨、钼、铌、钽、铪、钒等。(3)稀有分散金属(或称稀散金属),如镓、铟、铊、锗等。(4)稀土金属,包括钪、钇和镧系元素。(5)稀有贵金属,指铂族元素。(6)稀有放射性金属:包括钋、钫、镭、锕、钍、镤、铀以及从1940年以来陆续发现的十多种人造放射性元素。

  【合金】由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。一般由各组分熔合成均匀的液体,再经冷凝而制得。按组成合金的元素数目的多少,有二元合金,三元合金和多元合金之分;按其结构的差异,又可分为共熔混和物、固溶体和金属互化物三类。一般说来,合金的熔点都低于组成它任何一种成分金属的熔点,例如用作电源保险丝的武德合金(由锡、铋、镉、铅四种金属按1∶4∶1∶2的质量比组成),熔点只有67℃,比组成它的四种金属的熔点都低。合金的硬度一般比组成的的各成分金属的硬度大,例如青铜的硬度比组成它的铜和锡的硬度都大。"齐"也是合金的意思,把含汞的合金常叫汞齐,例如钠和汞组成的合金叫钠汞齐。

  【共熔混合物】合金的一种,当由金属组成的共熔的混和物凝固时,各组分分别结晶而形成的合金,例如铋镉合金与焊锡等。

  【固溶体】由几种不同的化学组分所组成的均匀晶体。通常以一种物质为溶剂,在固态下溶有其它物质(溶质)的原子或分子而形成的晶体。在合金和硅酸盐系统中较多见。主要有两种类型,一是间隙固溶体,即由溶质原子溶于溶剂晶格中原子之间的间隙中而形成的,如碳溶于铁水形成的固溶体;另一是置换固溶体,即由溶质原子代替溶剂晶体中的原子而形成的,如铜溶于镍中形成的固溶体。以金属为主体形成的固溶体是合金的一种。

  【金属互化物】是金属间化合物的简称。在一定条件下,金属之间相互化合而成的化合物。例如Cu3Al、CuZn3、Cu3Sn、Ag3Al、FeZn7等,金属互化物的组成并不固定,可以在一定范围内变动。例如Cu5Zn8中的锌的含量可在59~67%之间变动。大多数金属互化物是以金属键相结合,故组成元素的化合价无法确定。它是合金的一种,这类合金的传热和导电性能比组分金属低,有的具有很高电阻,通常硬而脆。

  【半金属】又称准金属。介于金属与非金属之间的单质。如硼、硅、锗、砷、锑、硒、碲等。组成这些单质的元素在元素周期表中P区左上到右下的对角线附近。半金属一般为半导体。它们的导电性与金属不同,一般随温度的升高而增强。半金属在电气、冶金等方面有广泛的应用。

  【准金属】见半金属条。

  【氢化物】氢跟其它元素组成的二元化合物。例如氢化钠、硫化氢、等。按其结构大致可分成三种类型:(1)离子型氢化物(又称盐型氢化物),碱金属及碱土金属钙、锶、钡能跟氢气在高温下直接反应生成如NaH、CaH2等。在反应过程中氢夺取金属原子的价电子形成带1个单位负电荷的离子H-。这类氢化物都是离子晶体,具有较高的熔点,在熔融状态下能够导电,跟氯化钠相似。(2)共价型氢化物(又称分子型氢化物),如HCl、H2S、NH3、CH4等都属于分子晶体,熔点、沸点较低。这类氢化物中有些具有酸性,如HCl、H2S,少数具有碱性,如NH3,另一些为中性,如CH4。(3)金属型氢化物(又称间充氢化物),如氢化钯是金属钯晶格中间充入体积很小的氢原子而成的,无固定组成,金属吸氢后仍保持金属的特性,具有类似合金的结构,所以也称合金型氢化物。

  【氧化物】氧元素跟其它元素形成的二元化合物。如氧化钙、二氧化硫、一氧化氮等。氧化物可分为不成盐氧化物(如一氧化碳、一氧化氮等)和成盐氧化物两类,后者又分为碱性氧化物(如氧化钙)、两性氧化物(如氧化铝)和酸性氧化物(如二氧化碳)。此外还有过氧化物、超氧化物、臭氧化物等。同一种元素往往有几种不同价态的氧化物,如SO2和SO3;FeO、Fe2O3和Fe3O4等。有时氧化物的含义更广泛,不限于含氧元素的二元化合物,如多元氧化物(如NiFe2O4)和有机氧化物(如氧化乙烯C2H4O2,即环氧乙烷)等。

  【不成盐氧化物】又称惰性氧化物或中性氧化物。是既不能跟酸起反应,又不能跟碱起反应的氧化物,如CO和NO等。

  【惰性氧化物】见不成盐氧化物条。

  【中性氧化物】见不成盐氧化物条。

  【碱性氧化物】能跟酸起反应,生成盐和水的氧化物。金属氧化物大多数是碱性氧化物,如氧化钙、氧化铜等。碱性氧化物对应的水化物是碱,例如CaO对应的水化物是Ca(OH)2,CuO对应的水化物是Cu(OH)2等,多数碱性氧化物不能直接跟水化合,有些碱性氧化物如CaO能跟水化合生成碱。

  CaO+H2O=Ca(OH)2

  碱性氧化物一般由金属直接氧化或难溶性碱、含氧酸盐受热分解制得。

  【两性氧化物】既能跟酸起反应生成盐和水,又能跟碱起反应生成盐和水的氧化物。例如氧化铝、氧化锌等,某些过渡元素的中间价态的氧化物,如Cr2O3和Mn2O3等也是两性氧化物。两性氧化物对应的水化物是两性氢氧化物。

  【酸性氧化物】能跟碱起反应,生成盐和水的氧化物。非金属氧化物多数是酸性氧化物,某些过渡元素的高价氧化物(如CrO3、Mn2O7等)也是酸性氧化物。酸性氧化物也叫酸酐,例如SO3叫硫酐,CO2叫碳酐。酸性氧化物对应的水化物是含氧酸,如SO3对应的水化物是H2SO4,CO2对应的水化物是H2CO3,SiO2对应的水化物是H2SiO3等。酸性氧化物多数能跟水直接化合生成含氧酸,少数酸性氧化物(如SiO2)不能直接跟水反应。酸性氧化物一般由非金属直接氧化或含氧酸、含氧酸盐受热分解制得。

  【酸酐】简称酐。通常把由酸缩水而成的化合物称作酸酐。例如三氧化硫SO3为硫酐,可看作H2SO4分子缩去一个分子水而成;五氧化二磷(P2O5)为磷酐,可看作两个H3PO4分子缩去三个水分子而成;醋(酸)酐(CH3CO)2O,可以看作由两个醋酸CH3COOH分子缩去一个分子水而成。酸性氧化物也叫酸酐,但酸酐不一定是氧化物,例如醋酐。

  过氧化物能跟酸反应制取过氧化氢。

  适用于高空飞行或其它需要携带氧气的地方。

  等,只有碱金属元素能形成臭氧化物。性质极不稳定,在常温下能自动分解,是一种极强的氧化剂。

  【酸】电解质电离时所生成的阳离子全部是氢离子(H+)的化合物。它能和碱或碱性氧化物反应生成盐和水,能与某些金属反应生成盐和氢气,水溶液有酸味并能使指示剂变色,如紫色石蕊变红。根据酸分子中可被金属原子置换的氢原子数目,可分为一元酸(如HCl)、二元酸(如H2SO4)、多元酸(如H3PO4)等。根据酸在水溶液中产生氢离子程度的大小(即电离度的大小),可分为强酸(如HCl、H2SO4、HNO3、HClO4等)和弱酸(如H2CO3、H2S等)。根据酸根的组成成分又可分为含氧酸(如H2SO4)和无氧酸(如HCl)。此外,根据酸碱的质子理论和电子理论,还有质子酸和路易斯酸等,因而使得"酸"这个概念包括的范围极为广泛,而且又赋予它新的含义。

  【酸根】酸分子里,除去在水溶液中能够电离生成的氢离子,余下的部 离时产生氢离子的数目。

  【一元酸】见酸条。

  【二元酸】见酸条。

  【多元酸】见酸条。

  【含氧酸】见酸条。

  【无氧酸】见酸条。

  【多酸】亦称聚多酸或缩多酸。两个以上的酸分子缩去水分子而成的酸,也可以看作是含有两个或多个酸酐的酸。含有相同的酸酐时称为同多酸(如焦硫酸H2S2O7),对应的盐称为同多酸盐(如焦硫酸钠Na2S2O7)。元素周期表中的ⅤB和ⅥB族元素是以最容易形成多酸为其特征的。含有不同的酸酐时称为杂多酸,如12-钨磷酸H3[P(W12O40)]·xH2O,对应的盐称为杂多酸盐,如12-钨磷酸钠Na3[P(W12O40)]。

  【过氧酸】简称过酸。分子中含有过氧基(-O-O-)的酸。例如过硫酸H2SO5和过二硫酸H2S2O8等。过氧酸可以看成是H2O2中的氢原子被酸根取代的产物,有如下的衍生关系。

  【碱】电解质电离时所生成的阴离子全部是氢氧根离子(OH-)的化合物。例如NaOH、Ca(OH)2、NH3·H2O等。能跟酸性氧化物或酸反应生成盐和水,碱的水溶液有涩味,可使紫色石蕊试液变蓝。根据碱的电离程度,可以分为强碱(如NaOH、Ca(OH)2)和弱碱(如NH3·H2O)。根据碱电离时产生的氢氧根离子的数目可分为一元碱(如NaOH)、二元碱(如Ca(OH)2)、多元碱(如Fe(OH)3)等。此外,根据酸碱的质子理论和电子理论,还有质子碱和路易斯碱,因而使得"碱"这个概念包括的范围极为广泛,而且又赋予它新的含义。

  【一元碱】见碱条。

  【二元碱】见碱条。

  【多元碱】见碱条。

  【苛性碱】碱金属氢氧化物的总称。一般指的是苛性钠(NaOH)和苛性钾(KOH)。由于它们对皮肤、羊毛、纸张、木材等具有强烈的腐蚀性而得名。

  NaCl、(NH4)2SO4、Cu2(OH)2CO3、KHCO3等。在常温时,盐一般为晶体。它们在水中的溶解性各不相同,钾盐、钠盐、硝酸盐和铵盐很容易溶解;有些盐很难溶解,如AgCl和BaSO4等。铵盐和碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐等含氧酸的盐稳定性较差,受热时可以分解。大多数盐是强电解质,其水溶液或熔液能够导电。但有些盐(如HgCl2)的水溶液几乎不导电,它在水溶液中主要以分子状态存在。根据组成的不同,盐可以分为无氧酸盐、含氧酸盐、正盐、酸式盐、碱式盐、复盐、络盐等。

  中既不含可以电离的氢原子,又不含氢氧根离子。正盐可以看作酸与碱完全中和的产物。但正盐的水溶液不一定都是中性的,如果该盐可以水解,溶液一般不显中性,例如Na2CO3溶液呈碱性,(NH4)2SO4溶液呈酸性。

  【酸式盐】由金属阳离子和含有可以电离的氢原子的酸根阴离子所组成的盐。例如NaHCO3、NaH2PO4等。酸式盐可以看作是多元酸中能电离的氢原子部分被中和的产物。酸式盐一般可由多元酸跟适量的碱或盐反应而得到,例如:

  NaOH+H2S=NaHS+H2O

  NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑

  某些盐水解也可以生成酸式盐,例如:

  酸式盐的水溶液不一定显酸性,如NaHCO3、Na2HPO4的水溶液呈碱性。

  【碱式盐】除金属阳离子和酸根阴离子外,还含有一个或几个氢氧根的盐。例如Cu2(OH)2CO3、Mg(OH)Cl等。碱式盐可看作是多元碱中的氢氧根部分被中和的产物。有些碱式盐脱水后的产物也可称为碱式盐,如碱式氯化铋(BiO)Cl、碱式碳酸铋(BiO)2CO3等。碱式盐可以由多元碱跟适量酸反应来制取,例如,

  Ba(OH)2+HCl=Ba(OH)Cl+H2O

  某些盐水解也可以产生碱式盐,例如,

  SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl↓+HCl

  【复盐】又称重盐。两种或两种以上的不同的盐类所组成的晶形化合物。例如,明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]等。复盐溶于水电离出的离子跟组成它简单盐所电离出的离子相同。例如:

  【重盐】见复盐条。

  【氢氧化物】元素跟氢氧根形成的无机物叫氢氧化物。也可以看作是碱性氧化物、两性氧化物和酸性氧化物所对应的水化物。化学通式是M(OH)n。通常系指金属氢氧化物。碱性氧化物对应的氢氧化物是碱,如NaOH、Cu(OH)2等,酸性氧化物对应的氢氧化物是酸,如H2SO4、H2CO3等,两性氧化物对应的氢氧化物是两性氢氧化物,如Al(OH)3、Zn(OH)2等。当元素M的化合价(+n)较高时,氧化物的水化物易脱去一部分水而变成含水较少的化合物,例如硫酸不是H6SO6而是脱去两个水分子后的H2SO4。M(OH)n型化合物在水溶液中有酸式电离和碱式电离两种电离形式,一般金属元素的氢氧化物进行碱式电离呈碱性;非金属元素的氢氧化物进行酸式电离呈酸性。还有一些元素的氢氧化物既可以进行酸式电离,又可以进行碱式电离,这类氢氧化物称为两性氢氧化物,例如Al(OH)3、Zn(OH)2等。它们遇强酸时发生碱式电离呈碱性,遇强碱时进行酸式电离呈酸性,Al(OH)3的两种电离形式如下:

  【两性氢氧化物】见氢氧化物条。