相对化学实体的形式

现代化学研究的物质形式多种多样，每一种形式向上看具有基础性，向下看具有复杂性、构成性，因此每一种形式都是基元性和构成性的统一，都是相对实体的一种形式。

从现代化学的实际出发，基本粒子或基础性粒子是最基本的结构单元，尽管它们本身也具有复杂性，但对化学而言，它们是构成化学研究的物质形式的砖石。基本粒子是粒子物理学的研究对象，它们已超出了化学研究的视野，只能作为化学研究的物质形式的基础。如同在数学中公理是从外部添加进去的、在数学体系本身中是无法证明的东西一样，在化学研究的物质层次系统中，基本粒子也是从外部（即从粒子物理学）添加进去的，在化学中它仅仅表现为构成物质的砖石。基本粒子中的质子和中子构成原子核，成为核化学的研究对象。核化学在研究核结构、核转变、核性质的时候，把它视为复杂的构成物，而核的组成单位即中子和质子，基本上被看成是基元性物质粒子。原子核和电子构成的复杂性整体，即核电子体系，对化学具有极端的重要性。核电子体系是化学键的物质载体，同时又是相对化学实体的一种形式。从核电子体系中衍生出多种物质形式（或者说是粒子形式）：原子，它不荷电，但有些原子具有不成对电子，这时，它是原子又是自由基，例如激发态具有不成对电子的自由基，在反应历程中起着基本单位或基础粒子的作用，而它本身又具有复杂性和构成性；离子，原子失去或得到电子而荷电荷，形成正离子或负离子，这是由原子形成的离子，叫做原子离子；原子离子自由基，由原子形成的离子带电荷，如果同时有不成对电子，则它们既是原子离子又是自由基，一身二任，如 Cu²⁺、V²⁺等；原子实或原子蕊，是由核与内

① 《列宁选集》，人民出版社，1972 年第 2 版，第 2 卷，第 268 页。

层电子形成的实体。所有这些可以总称为原子粒子，它们一方面可以形成各种缔合体，可有多种形式，如原子缔合体（A⋯A）、原子自由基缔合体（A·⋯ A·）、离子自由基缔合体（A^±·⋯A·）和原子离子自由基缔合体（A⋯A^±·⋯ A·）；另一方面原子粒子之间发生化学相互作用，形成分子。

依据现代化学理论，分子是由原子核和核外电子（简称核电子）构成的、保持物质化学性质的最小微粒。稀有气体原子是核电子体系，又是保持稀有气体化学性质的最小微粒，它们形式上是原子，实质上是分子，是单原子分子，可以看作是从原子过渡到分子的中介。

分子具有质的多样性，可以从不同角度来描述，依据不同原则来分类。例如，可以举出下述种种形式：

普通分子和奇异分子。普通分子是由核电子构成的体系，稀有气体分子是单原子分子，除此之外，其他物质的分子都是由两个或两个以上的核与电子构成的体系。如果在核外的不是电子而是其他粒子，如μ介子，即由核- μ介子构成的体系，称为奇异分子。

中性分子和荷电分子。正负电荷数相等的核电子体系构成的能保持物质化学性质的最小微粒是中性分子，正负电荷不相等则形成分子离子，也可称为荷电分子粒子。

稳定分子和不稳定分子。组成和结构不容易随时间而发生变化的分子是稳定分子。19 世纪 80 年代以前，受认识水平的限制，人们认为分子是稳定的，或者说人们只认识了一些稳定分子。19 世纪 80 年代末，由于化学动力学研究的发展，阿伦尼乌斯（Arrhe-nius）提出了“活化分子”概念；20 世纪建立了过渡态理论，提出了过渡态和活化体概念；化学动力学研究还发现，在光、电、磁等作用下，一些分子中的电子受激发形成激发态分子；还有，化学反应中的分子自由基等等，都是不稳定分子。稳定分子和不稳定分子之间的区别是相对的，稳定是相对于不稳定而说的，不稳定是相对于稳定而说的，在这里没有绝对的界限；稳定和不稳定是有条件的，例如，有些分子自由基是不活泼的，是稳定的，如三苯甲基可在温和条件下独立存在相当长时间，有些自由基是活泼的不稳定的，如甲基只能生存 0.001 秒。而且，随着射电天文学和分子光谱学的发展，相继发现了许多星际分子，其中大多数是分子自由基，从地球的条件看，一些星际分子都是极不稳定的自由基，但是在星际空间的条件下，它们之间不容易发生碰撞，从而具有相当的稳定性。

双中心键分子和多中心键分子。双中心健分子是价电子为两个原子共享而形成的分子，如氢分子、氯分子等；多中心键分子是价电子为多个中心原子所共有形成的分子，SO² 为三中心键分子，环戊二烯、环己稀为四中心键分子，苯及其衍生物含有六中心键。多中心键又叫大π键、共轭键或离域键。无机物分子和有机物分子。无机物分子包括碳氢化合物以外的所有元素

的单质和它们的化合物分子；有机物分子是炭氢化合物及其衍生物分子。除氢、氧、氮、硫和卤素以外的元素与碳直接结合成键的有机化合物分子称为元素有机化合物分子。

非生物高分子和生物高分子。高分子是由大量（几万以上）原子通过共价键、离子键或金属键结合起来的大分子，其分子量很大，高达几千、几万、几十万甚至几百万，但它们的基本组成却比较简单，常常是由相同或相似的结构单元重复构成的。基本结构单元对高分子而言具有基元性，而它本身又是由原子构成的，又具有构成性。生物高分子是和生命现象有关或具有生物

功能的高分子，也是由大量原子结合起来形成的大分子。但是与非生物高分子不同，生物高分子大多是由不同的结构单元构成的，并且具有多级结构。尽管如此，它也具有基本的结构单元。

原子粒子或分子粒子形成的复杂体系，通常称为化学实物，如单质、化合物、高聚物等概念，表示的不是分子而是分子或原子形成的体系。化合物可分为整比化合物和非整比化合物。化学史上曾发生过一场关于定组成和不定组成的争论。法国化学家普罗斯特（Proust）于 1799 年指出，两种或两种以上的元素化合而成的化合物，是一种自然特许的产物，自然规定它们具有固定的组成。1801 年，普罗斯特的同胞、法国化学家贝托雷却提出了相反的见解，他认为化合物的组成是可变的、不固定的。从此发生了争论。这场争论以普罗斯特的观点获得大多数化学家的承认而告结束。

道尔顿从原子论出发指出，化合物中各种原子的数目成简单整数比，为普罗斯特定组成观点提供了理论支持。这就形成了关于化合物定组成和整比性的观念。依据这种观念，原子以简单整数比构成化合物，化合物具有固定的原子组成和固定的性质。反过来说，只有具有简单整数比且组成固定的物质才能称为化合物。这就是说，定组成和整比性成了判定物质是否是化合物的依据。

普罗斯特和道尔顿的观点虽然得到了大多数化学家的承认，但是贝托雷的观点并没有完全消失，他提出不定组成观点所依据的实验事实仍然存在。20 世纪初，俄国科学家库尔纳柯夫对二元及多元合金体系的性质——组成进行了深入研究。他指出，有些化合物服从化学计量定律，属于现代化学所说的整比化合物，有些则不服从化学计量定律，在现代化学中称为非整比化合物。库尔纳柯夫将非整比化合物叫做贝托雷型化合物，与此相对应，整比化合物又叫道尔顿型化合物。

道尔顿型化合物和贝托雷型化合物，也就是整比化合物和非整比化合物，各自具有多种存在形式。前苏联学者 B·И·库兹涅佐夫对此做了具体分析①。他指出，道尔顿型（或称道尔顿体）化合物大致可分成几类：第一类，同类分子形成的气体，如氧气、氢气、氮气、二氧化碳气等，它们的最基本的单位是分子（单质分子或化合物分子）；第二类，如分子晶体、分子液体

（许多有机化合物的溶液），也是同类分子的总和，其基本组成单位是分子；第三类，由不同种分子组成的相，如磷蒸气中含有 P²、P³、P⁴⋯⋯P⁸，这些分子的总和形成相；除了上述情形外，还有离子态、自由基、聚集体等形成的体系，在这类体系中，基本组成单位是离子、自由基、二聚体、三聚体等。

由于化合物中某种原子过多或过少，在层状结构的夹层之间可能嵌入某些金属原子或中性分子，形成组成不固定的非整比化合物。如过渡元素形成的氢化物、氧化物、硫化物、碳化物、硼化物的晶体。嵌入型化合物，如茏形化合物、夹层化合物、分子筛化合物等，大体上可以看作是由两种结构单位组成的，一种是基质化合物，另一种是外来成分，后者被囚禁或嵌入前者形成的骨架之中，其含量可以改变。有的学者指出，如果再扩大一些，差不多所有结晶的以及各种各样的缔合物、分子化合物、表面化合物等，都可以视为非整比化合物。

无论是整比化合物还是非整比化合物，就其组成而论，说到底都是以核

① В·И·库兹涅佐夫：《化学发展的辩证法》（俄文），科学出版社，1977 年版，第 72～78 页。

电子体系作为基本结构单位，因此，它们之间的区分也只具有相对的性质，在它们之间没有绝对分明的、不可超越的界限。

综上所述，化学研究涉及四个物质层次：组成原子的粒子，原子粒子，分子粒子和化学实物，最后一个层次，即化学实物可以分为气态、液体、固态。气态实物，或气体，是同类分子或非同类分子组成的体系。液体，主要是溶液和胶体，溶液是由两种或两种以上的物质组成的均匀体系。胶体是由具有某种尺寸的质点形成的分散体系。固体分为无定型体和晶体，晶体是原子粒子（原子、原子离子）或分子粒子以三维周期性规则排列而形成的体系，它的基本结构单元的晶胞。

化学在研究上述种种形式的物质时，总是力图了解它们各自的基本结构单位，如果从宏观到微观，实物的组成结构单位依实物的不同形式而不同，例如，晶体的基本结构单位是晶胞，高聚物的基本结构单位是链节（单体），有机化合物的基本结构单位是有机物分子，或者是原子团，气体的基本结构单位是分子，胶体的基本结构单位是胶粒；到下一个层子，分子的基本结构单位是原子粒子或者说核电子体系，原子的基本结构单位是原子核和电子，有时把核与一定的电子层看成是一个整体，称为原子实，如此等等不一而足。化学（指现代化学）在追求各种物质形式的基元性的同时，也承认这种基元性不是绝对的，而是在一定条件下的基元性，基本结构单位本身又具有构成性。总之，实体（即相对实体）是基元性和构成性相统一所形成的实在物体或有形物体。相对实体概念已经成为现代化学物质理论的基本概念，相对实体的观点已经成为现代化学家的日常意识、潜在的观点，是思考物质的有关问题时的思维背景和基础。