第二节 化学物质的分类

化学物质是化学运动的物质承担者，也是化学科学研究的物质客体。这种物质客体虽然从化学对象来看只是以物质分子为代表，然而从化学内容来看则具有多种多样形式，涉及到许许多多物质。因此，研究化学物质的分类就显得非常重要。

按照物质的连续和不连续（分立的）形式，首先可以把化学物质分为连续的宏观形态的物质，如各种元素、单质与化合物，以及不连续的微观形态的物质，如各种化学粒子等两大类物质。

一、化学粒子的分类

化学粒子的种类也是纷繁多样的。根据现代化学的研究成果，我们可以把它们分为原子、分子、离子、自由基、胶粒、络合粒子、高分子、活化分子、活化配位体化合物和生物大分子等等。这些物质粒子中的每种粒子都有其自身的组成和结构。它们之间是有区别的，然而又是相互联系的。

原子被看作是化学变化中保持本性不变的最小粒子。

分子是由原子构成的粒子，是化学运动的主要承担者，在化学反应中发生质变。

离子是原子（或原子团）失去或得到电子形成的带电粒子。

自由基是含有未配对电子的不带电荷的物质粒子。它主要是从有机化合物分子进行分解而形成的，又称游离基。

胶粒是在分散体系中线性大小介于 1～100nm（1nm=10-7cm）的带电分散相粒子。它是由分子聚积成的胶核和离子组成的复杂粒子。

络合离子现今通称为配位粒子。它是由中心离子（或原子）与其它一些粒子（离子或分子）通过配位键结合起来的荷电的或中性的复杂粒子。

高分子则是由大量原子以共价键结合起来的大分子。分子量高达几千到几百万（而一般有机化合物分子量约在 500 以下）。如以来源划分，可分为天然高分子化合物（如蛋白质、淀粉和纤维素等）和合成高分子化合物（如塑料、合成橡胶、合成纤维等）；如以组成和结构划分，又可分为由同一结构单元（单体分子）多次重复联结成的高聚物高分子（如聚乙烯、聚丙烯等）， 以及由不同结构单元形成，并具有特殊生命功能的生物高分子（如蛋白质和核酸等）。

随着化学科学的发展，本世纪以来又相继发现了诸如活化分子、活化配位体化合物等一些新的物质粒子。

在上述这些化学粒子中，原子是基础，原子核外的电子是桥梁，其它粒子则是以原子为基础通过电子的转移、结合（配对）、接受而形成的。

研究化学粒子的分类，可以充分证明化学粒子多样性的统一，具有重要意义。这是我们确立化学科学在自然科学体系中的地位和在化学科学内部进行分类的重要基础。化学粒子是化学研究内容所包含的物质客体。它使化学同物理学和生物学等学科相区别；同时这些学科又从不同角度研究一些相同的化学粒子，又使化学同物理学和生物学等学科发生联系和相互过渡。在化学科学的内部，随着人们对化学粒子多样性的深入研究，不断分化出许多新的分支学科。例如 19 世纪在原子—分子学说的基础上，人们把化学分成无机化学和有机化学等；后来发现了配位粒子，人们就从其中分化出配位体化学； 再往后又分化出研究离子行为的电化学和溶液化学；研究胶粒及其组成的分

散体系的胶体化学；研究高分子物质的高分子化学；以及研究生物大分子行为的生物化学等。可以预料，随着化学的发展，还会发现新的化学粒子，人们对化学粒子分类的研究，也必将日益深入。

二、化学元素的分类

化学物质的宏观连续状态，可以分为单质和化合物两大类，而它们又都是由元素构成的。

人类认识的元素目前已达 109 种。其中有 94 种是在自然界中已找到的天然元素，15 种是人造元素。

对元素的分类早在 19 世纪初就开始研究了。在门捷列夫之前已有不少化学家从事过化学元素的分类研究。例如波登科弗、格拉法斯通、杜马、尚古都等人从各个角度出发对元素进行分类。或以元素电化序为分类标准，或以原子价，或以原子量顺序为分类标准等，其中比较重要的分类成果是“三素组”、“八音律”和“迈尔曲线”。

“三素组”是 1829 年由段柏莱纳创立的。他把已知元素中的十五种分作五组，每组中包含着三个性质相似的元素，故称“三素组”。他指出在三个同组的元素中，中间元素的原子量等于前后相邻的二个元素原子量的算术平均值。而英国人纽兰兹则试着把元素按原子量大小的顺序排列起来。1865 年他发现“第八个元素是第一个元素的某种重复，就像音乐中八度音程的第八个音符一样”，被称为元素分类的“八音律”。德国化学家迈尔经过细致的分类研究，指出“元素的性质为原子量的函数。”他把原子量作为横坐标， 以原子体积为纵坐标，绘成了原子体积曲线，结果是相似的元素在曲线上都占据着类似的位置。如此，显示了原子体积和原子量的函数关系。这就是著名的迈尔曲线。

1869 年，门捷列夫在前人工作的基础上，着重研究了对元素的综合性分类。他指出“不管人们愿意不愿意⋯⋯，在元素的质量和化学性质之间一定存在某些联系⋯⋯因此就应该找出元素特性和它们原子量之间的关系。”他把当时已知的 63 种元

表 6—1 门捷列夫第一次发表的元素周期系（1869 年） OпъITъCиCTEмъIэпEHTOBъ OCHOBaHHOйHaиXъaTOMHOMъBъCъ иXиMичeCKOMъCXOДCTBъ.

H=1

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?

素进行分类，首次创立了元素周期表（表 6—1）。

门捷列夫第一次对元素做了本质性的分类。后来由于人类认识的元素越来越多，特别是 19 世纪末物理学的一系列新发现，使莫斯莱把门捷列夫的分类又推向新的水平。至今人们已对元素的分类形成了更加完备的认识。元素周期律是应用化学分类方法取得成功的典范。

在化学物质中比较简单的是单质，它是由相同元素组成的物质，可分为三类：金属、非金属和稀有气体。

三、化合物的分类

对化合物的分类，是研究化学物质分类的一个主要内容。现在通行的化合物分类方法是按化合物分子的不同来分类。首先分为无机化合物和有机化合物。

无机化合物中，按分子的组成与结构方式不同可分为氧化物、碱、酸和盐类。而每类化合物当然又可以进一步分类。例如在氧化物中，可以分为酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物三大类；无机酸类又可以分为含氧酸（如H2SO4）和无氧酸（如 HCl）两类。同样，碱类和盐类均可以进一步分类。

对有机化合物，人们通常根据碳干的不同把它们分为链状化合物、碳环化合物和杂环化合物三大类。其中，碳环化合物又可分为脂环类化合物和芳香族化合物。有机化合物也可以依照其它标准分为脂肪族、脂环族、芳香族和杂环化合物四大类。在脂肪族化合物分子中碳原子与碳原子之间结成了链状结构，所以也就是上述的链状化合物；脂环化合物分子里含有碳环，但其性质与脂肪化合物类似，故称脂环化合物；芳香族化合物的分子结构中都含有由六个碳原子组成的苯环，在环上的碳原子间由单键和双键交替连接着而构成了特殊的大π健，其性质与脂肪族、脂环族不同；杂环化合物的环状结构中除碳原子外，还有其它原子（如 N、S、O 等），只有类似于芳香族化合物的特性。

在有机化合物中，还可以把含有相同官能团的化合物归为一类（表 6— 2）。这样就可把有机化合物分为烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、醚、胺、卤化物、硝基化合物，磺酸化物等类型。例如羧酸类化合物中均含有相同的官能团——羧基（），决定着这一类化合物所具有的共同特性：均显表