化學(xué)專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)(蘭州大學(xué)出版社)

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一 元素和周期表 1 原子核中質(zhì)子的數(shù)目稱(chēng)為原子序數(shù) 或者質(zhì)子數(shù) 以 Z 表示 電中性原子中電子的數(shù) 目也等于原 子序數(shù) Z 經(jīng)測(cè)定 原子的總質(zhì)量與原子核中質(zhì)子與中子的總數(shù)差不多 幾乎相同 或者說(shuō)原子的總 質(zhì)量幾乎可以由原子核中質(zhì)子與中子的總數(shù)確定 這個(gè)總數(shù)叫質(zhì)量 數(shù) 以 A 表示 因此 原子中的質(zhì) 子的數(shù)目 質(zhì)子數(shù) 可以定量地由 A Z 給出 即原中 質(zhì)子數(shù) A Z 2 元素這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是僅僅由同一種類(lèi)的原子組成的物質(zhì) 對(duì)化學(xué)家 化學(xué)工作者 來(lái)說(shuō) 原子的種 類(lèi)由原子序數(shù)決定 表示 因?yàn)檫@是決定它的化學(xué)表現(xiàn) 行為 的性質(zhì) 現(xiàn)在已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)了原子序數(shù) Z 1 到 Z 107 的所有原子 這些是 107 種化學(xué)元素 每一種化學(xué)元素都被賦予了一個(gè)名字和一個(gè)特有的 與 眾不同的 符號(hào) 對(duì)大部分元素來(lái)說(shuō) 這個(gè)含有一個(gè)或兩字母的符號(hào)僅僅是英文名字的縮寫(xiě)形式 例如 3 另外有些早已為人所知的元素的符號(hào)是拉丁文名字的縮寫(xiě) 是建立在拉丁文名字的基礎(chǔ)上 的 例 如 4 更完整的元素列表 清單 見(jiàn)表 1 5 早在 17 世紀(jì)末期 羅伯特 波義耳就開(kāi)始了這項(xiàng)工作 他提出了現(xiàn)在公認(rèn)的元素概念 大量的研 究使我們對(duì)元素極其化合物的性質(zhì)有了相當(dāng)?shù)牧私?1869 年 D Mendeleev 和 L Meyer 在各自工作 的基礎(chǔ)上 分別提出了元素周期律 用現(xiàn)代的話說(shuō) 這個(gè)規(guī)律敘述了元素的性質(zhì)是它們的原子序數(shù)的周期 性函數(shù) 換句話說(shuō) 當(dāng)元素按照原子序數(shù)逐漸遞增的順序列表 排列時(shí) 性質(zhì)非常接近的元素將占據(jù)表 格中具有一定間隔的位置 于是 將具有類(lèi)似性質(zhì)的元素排成縱列 從而把元素排成表格形式是可能的 這樣的排列形式就叫做元素周期表 6 在元素周期表中 水平的每一排元素組成了一個(gè)周期 應(yīng)當(dāng)注意的是 周期的長(zhǎng)短 是有變化的 首先是一個(gè)含有 2 種元素的極短周期 接著是兩個(gè)短周期 每一周期含有 8 種元素 然后 是各有 18 種元素的兩個(gè)長(zhǎng)周期 再下一個(gè)周期含有 32 種元素 最后一個(gè)周期 顯然是不完整的 尚未 完全發(fā)現(xiàn) 在這種排列下 處于同一縱列的元素具有相似的性質(zhì) 這些縱列就組成了元素周期表中的族 由兩個(gè) 8 元素周期中的元素開(kāi)頭的族被指定為主族元素 其它族的元素叫過(guò)度元素或內(nèi)過(guò)度元素 7 在周期表中 一條粗的階梯狀的線把元素劃分為金屬元素和非金屬元素 處于線左邊的元素 H 元 素除外 是金屬元素 而處于線右邊的元素是非金屬元素 這種分法僅僅是為了方便 靠近線兩邊的元素 準(zhǔn)金屬元素 同時(shí)具有金屬和非金屬元素的性質(zhì)特征 可以看出 大部分元素 包括過(guò)度元素和內(nèi)過(guò)度元 素 都是金屬元素 8 除了氫 一種氣體之外 IA 元素構(gòu)成了堿金屬家族 它們是極其活潑的金屬 在自然界中從來(lái)沒(méi) 有發(fā)現(xiàn)它們的單質(zhì)狀態(tài) 但是 它們的化合物卻分布廣泛 堿金屬家族的所有成員都僅僅形成帶 1 個(gè)正 電荷的離子 相反 IB 的元素 銅 銀和金卻相對(duì)惰性 與堿金屬相似 它們也以 1 離子形式存在于許 多化合物中 但是 象許多過(guò)度元素所具有的特點(diǎn)一樣 它們也形成具有其它電荷的離子 9 IIA 元素被稱(chēng)為堿土金屬元素 它們的特征離子電荷為 2 這些金屬 尤其是這一族的最后兩個(gè) 成員 幾乎和堿金屬一樣活潑 IIB 元素 鋅 鎘 汞不如 IIA 元素活潑 但是比相鄰的 IB 的元素活潑 得多 它們的離子的特征電荷也是 2 10 除了 B 之外 IIIA 的元素也是相當(dāng)活潑的金屬元素 鋁對(duì)空氣表現(xiàn)出惰性 但這種行為是因 為金屬表面形成了一層肉眼看不見(jiàn)的鋁的氧化物薄層 阻止了大面積的金屬被進(jìn)一步氧化 IIIA 的金屬 形成帶 3 電荷的離子 IIIB 元素包括 Sc Y La Ac 11 IVA 由非金屬元素 C 兩種準(zhǔn)金屬元素 Si 和 Ge 兩種金屬元素 Sn 和 Pb 組成 IVA 每一種元 素都形成一些這樣的化合物 它們的分子式指出有四個(gè)其它的原子存在于 IVA 原子周?chē)?或四個(gè)其它 的原子與 IVA 原子結(jié)合 如四氯化碳 CCl 4 IVB 的元素 Ti Zr Hf 也形成類(lèi)似的化合物 即每一個(gè) IVB 原子與四個(gè)其它原子結(jié)合 純的這些化合物都是非電解質(zhì) 12 VA 包含三種非金屬元素 N P As 和兩種金屬元素 Sb 和 Bi 盡管存在分子式為 N 2O 5 PCl 5 和 AsCl 5 的化合物 它們中沒(méi)有一個(gè)是離子性的 這些元素確實(shí)形成氧化數(shù)為 3 氮化物 磷化物 和砷化物 VB 族元素都是金屬元素 這些元素形成如此種類(lèi)繁多的化合物以至于很難概括出它們的特征 13 除了 Po 之外 VIA 元素都是典型的非金屬元素 有時(shí)它們也被叫做硫族元素 來(lái)源于希臘名字 意思是成灰元素 它們?cè)谂c金屬形成的二元化合物中 氧化數(shù)為 2 形式電荷為 2 以鹵素聞名的 VIIA 的元素都是非金屬元素 鹵素 來(lái)源于希臘術(shù)語(yǔ) 意思是 成鹽的元素 它們是 同周期中 最活 潑的非金屬元素 實(shí)際上能夠和所有金屬以及大部分非金屬反應(yīng) 包括鹵素之間的反應(yīng) 14 VIB VIIB 和 VIIIB 的元素都是金屬元素 它們形成了各種不同的化合物 在這一點(diǎn)上我們甚 至不能舉出任何能表現(xiàn)各族元素典型變化的例子 15 元素化學(xué)性質(zhì)的周期性可以由以下事實(shí)說(shuō)明 除了第一周期之外 其它每一周期都從非?；顫姷?金屬開(kāi)始 同一周期隨著原子序數(shù)的增加 元素的金屬性減弱 最終成為非金屬 最后 在第七主族 出 現(xiàn)了活潑的非金屬元素 每一周期都以惰性氣體家族成員結(jié)束 二 非金屬元素 1 我們很早就注意到非金屬的性質(zhì)與金屬的性質(zhì)有顯著的區(qū)別 通常 非金屬單質(zhì)是電 和熱的不良導(dǎo)體 石墨碳除外 易碎 顏色較深 熔點(diǎn)和沸點(diǎn)變化范圍很廣 它們的分子 結(jié)構(gòu) 通常含有一般的共價(jià)鍵 變化很大 從簡(jiǎn)單的雙原子分子 H 2 C1 2 I 2 和 N 2 到巨型的 金剛石 硅和硼晶體都有 2 室溫下為氣體的非金屬單質(zhì)是那些分子量低的雙原子分子和惰性氣體分子 這些分子間的作用力極小 隨著分子量的增加 我們就會(huì)遇到一種液體 Br 2 和一種固體 I 2 它們的蒸氣壓也表明它們的分子間 作用力較小 一些非金屬元素單質(zhì)的某些性質(zhì)見(jiàn)表 2 9 表 2 一些非金屬單質(zhì)的分子量和熔點(diǎn) 3 V 和 VI 族元素的較重原子在一般情況下不形成簡(jiǎn)單的雙原子分子 這一點(diǎn)與這些族的第一個(gè)元素 分別形成 N 2 and O 2 恰好相反 差別的出現(xiàn)是由于與第二主能級(jí)相反 第三和更高主能級(jí)的 p 軌 道形成的 鍵穩(wěn)定性較低 第三周期和更高周期元素的原子半徑較大 電子云更密集 不允許 p 軌道進(jìn) 行良好的重疊 而這恰恰是形成強(qiáng) 鍵的必要條件 一般 強(qiáng) 鍵的形成只出現(xiàn)在第二周期元素 因 此 元素 N 和 O 形成同時(shí)含有 鍵和 鍵的穩(wěn)定分子 而同族的其它元素在一般情況下僅形成建立在 鍵 基礎(chǔ)上的較穩(wěn)定的分子 請(qǐng)注意 VII 元素也形成雙原子分子 但是并不需要 鍵來(lái)使原子價(jià)達(dá)到飽和 4 硫有幾種同素異形體 固態(tài)硫通常以?xún)煞N結(jié)晶形式和一種無(wú)定形形式存在 菱形硫可以在合適的溶 液中例如 CS2 中經(jīng)過(guò)結(jié)晶得到 它的熔點(diǎn)是 112 單斜硫可以通過(guò)冷卻熔融 的硫獲得 它的熔點(diǎn)是 119 兩種形式的結(jié)晶硫都可以經(jīng)過(guò)熔融而變 S 8 分子組成的硫 S 8 分子是一種折疊形的環(huán) 160 以下可以穩(wěn)定存在 高于 160 攝氏度 S 8 環(huán)開(kāi)始破裂 有些碎片互相結(jié)合形成高黏度的不規(guī)則的線圈 型混合物 當(dāng)加熱到一定溫度范圍時(shí) 液體硫的黏度變得如此最大以至不能將熔融硫從容器中倒出 當(dāng)黏 度增加時(shí) 硫的顏色也從熔點(diǎn)時(shí) 的淡黃色一直變到深棕紅色 5 當(dāng)接近沸點(diǎn) 444 時(shí) 大的線圈型 鉸鏈型 硫部分降解 破裂 液體硫的黏度降低 熱的液體 硫如果用冷水淬火 就形成了無(wú)定型硫 無(wú)定形硫是由大的線圈型螺旋鏈組成 這些螺旋鏈?zhǔn)?S 8 環(huán)斷 裂后 首尾相連形成的 可以把無(wú)定型硫的全部性質(zhì)描述為彈性硫 因?yàn)樗炜s的時(shí)候象一般的橡膠一 樣有彈性 幾個(gè)小時(shí)后 彈性硫就轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的斜方硫 彈性也隨之消失 6 作為化學(xué)工業(yè)的重要原材料 硫的存在形式多種多樣 如單質(zhì)硫 火山噴發(fā)地區(qū)的 SO 2 礦泉水 中的 H 2S 以及各種硫化物礦如黃鐵礦 FeS 2 閃鋅礦 ZnS 方鉛礦 PbS 和以常存在的石膏 CaSO 4 2H 2O 硬石膏 無(wú)水石膏 和重晶石 以多種形式存在的硫 大量地用 于制造硫酸 化肥 殺蟲(chóng)劑 和紙業(yè) 7 通過(guò)煅燒硫化物礦獲得可以再回收利用的 SO 2 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硫酸 而在以前大部分 SO 2 通過(guò)高 高的煙囪后被廢棄 幸運(yùn)的是 現(xiàn)在回收這些氣體非常經(jīng)濟(jì) 從而大大地減少了 此類(lèi)氣體對(duì)大氣的污染 包含此類(lèi)變化的一個(gè)典型的煅燒反應(yīng)如下 8 磷 在 800 以下 是以四面體形分子 P 4 存在的 它的分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)原子形成了三個(gè)共價(jià)鍵 可預(yù)期這三個(gè)共價(jià)鍵是由該原子結(jié)構(gòu)中的三個(gè)未成對(duì)的 p 電子形成的 且每個(gè)原子都與另外三個(gè)相接 分子中的鍵角是 60 鍵之間不是互相成 90 的直角取向 可以推測(cè)雖然這種張力較大的結(jié)構(gòu)因?yàn)樗膫€(gè) 原子之間的互相作用可以穩(wěn)定存在 每個(gè)原子與其它三個(gè)原子鍵合 但是它是磷的單質(zhì)中化學(xué)活潑性最 強(qiáng)的一種 這種形式的磷 也就是白磷變體 在空氣中能夠自燃 當(dāng)加熱到 260 它就變成了紅磷 紅 磷的結(jié)構(gòu)尚不清楚 紅磷在空氣中是穩(wěn)定的 但是象所有其它形式的磷一樣 也應(yīng)該小心處理 因?yàn)楫?dāng)誤 食后 它會(huì)向骨頭遷移 而造成嚴(yán)重的生理?yè)p害 9 碳的同素異形體有兩種晶體形式 金剛石和石墨 由 sp3 雜化軌道形成的四面體成鍵方式的金剛石 結(jié)構(gòu)在 IV 族其它元素中也可以見(jiàn)到 可預(yù)測(cè) 當(dāng)金剛石型晶體的鍵長(zhǎng)增加的時(shí) 候 晶體的硬度將降低 盡管四面體結(jié)構(gòu)在這一族的 C Si Ge 和灰錫中都存在 但是原子間的距離 鍵長(zhǎng) 卻從碳中的 1 54 增加到灰錫中的 2 80 因此 這四種元素的對(duì)應(yīng)單質(zhì)中的化學(xué)鍵也由極強(qiáng)變?yōu)闃O弱 實(shí)際上 灰錫 很軟 以至它以微晶的形式或僅僅以粉末的形式存在 碳作為典型的第 IV 族金剛石型晶體的元素 它是 不良導(dǎo)體 且顯示其它非金屬性質(zhì) 三 IB 和 IIB 元素 IB 和 IIB 的物理性質(zhì) 1 這些元素的金屬單質(zhì)比化合物的應(yīng)用廣泛得多 它們的物理性質(zhì)變化范圍較大 2 金是延展性最好的金屬 它可以壓展成僅有 0 00001 英寸 0 0001mm 厚的薄片 1 克金能夠抽 成 1 8 教材上為 3km 長(zhǎng)的金屬絲 銅和銀也是機(jī)械上容易操作 或成型 的金屬 鋅在常溫下較脆 但是在 120 C 150 C 可以碾成薄片 在 200 C 左右又變得較脆 鋅低熔點(diǎn)有助于制備包覆鋅的鐵 也就 是鍍鋅鐵 鍍鋅時(shí)可以把潔凈的鐵片浸泡在裝有液體鋅的大桶里 另外一種方法是噴灑或通過(guò)鼓風(fēng)把熔融 的鋅噴灑到熱的鐵板上形成融化的鋅 然后鐵板上就形成了涂層 覆蓋層 3 因?yàn)槿埸c(diǎn)較低 所以鎘在大量的合金方面有特殊的用途 鎘棒可以用在核反應(yīng)堆中 因?yàn)檫@種金屬 是良好的中子吸收劑 4 盡管汞單質(zhì) 游離金屬 在一定情況下可以?xún)?nèi)服 但是汞蒸氣和它的鹽都是有毒的 因?yàn)榉悬c(diǎn)相對(duì) 較低而導(dǎo)致汞單質(zhì)容易揮發(fā) 在實(shí)驗(yàn)室中決不允許直接放在敞口容器中 有證據(jù) 表明吸入汞蒸氣對(duì)身體 有害 5 汞很容易和大部分金屬 鐵和鉑除外 形成汞齊 即一汞合金的名字 6 硫酸銅 或者說(shuō)膽礬 是最重要和廣泛應(yīng)用的銅鹽 加熱時(shí) 膽礬慢慢地失水先變成三水合硫酸銅 即 CuSO 4 3H 2O 然后變成單水合硫酸銅 CuSO 4 H 2O 最后是無(wú)水 CuSO 4 無(wú)水 CuSO 4 經(jīng)常用于 檢測(cè)有機(jī)液體中是否含有水 例如 把無(wú)水 CuSO 4 加到含有水的乙醇中 銅鹽就會(huì)變藍(lán)色 因?yàn)殂~鹽發(fā) 生了水合 7 硫酸銅也用在電鍍工業(yè)上 漁民把網(wǎng)浸泡在硫酸銅溶液中 抑制使魚(yú)網(wǎng)腐爛的有機(jī)體的生長(zhǎng) 經(jīng)過(guò) 特殊配制的用在艦艇底部的涂料含有銅的化合物 其作用是抑制藤壺或其它有機(jī)體的生長(zhǎng) 8 當(dāng)把氨水加到含有 Cu II 離子的溶液中 綠色的 Cu OH 2 沉淀或堿式銅鹽沉淀就形成了 繼續(xù)加 氨水 這些沉淀又溶解了 過(guò)量的氨水可以和 Cu II 離子形成組成為 Cu NH 氨的配合物 這種配離子 的溶解度很小 因此在氨水溶液中 幾乎沒(méi)有 Cu II 離子存在 銅 的難溶解化合物 除了 CuS 之外 都能 夠溶解在氨水溶液中 因?yàn)殂~氨離子具有深的 強(qiáng)烈的藍(lán)色 所以它的形成經(jīng)常用于檢驗(yàn) Cu 的存在 9 在 Cu II 離子的溶液中 加入可溶性的亞鐵氰化物 就可以得到棕紅色 Cu 2 Fe CN 6 沉淀 這種鹽的形成也可以用來(lái)鑒定 Cu II Compounds of Silver and Gold 銀和金的化合物 10 硝酸銀 有時(shí)叫做醫(yī)用硝酸銀 是最重要的銀鹽 它容易熔化 可以熔煉為粘貼膏用來(lái)治療灼傷的 傷口 硝酸銀可以通過(guò)把銀溶解在硝酸中然后蒸發(fā)溶劑而制備 制備反應(yīng)如下 11 硝酸銀是制備大部分銀的化合物包括攝影上用的鹵化銀的原料 它容易被有機(jī)還原劑還原 以細(xì)小 的銀粒形式形成黑色的沉淀 沉積物 這個(gè)反應(yīng)可以說(shuō)明為什么當(dāng)你的手指接觸銀鹽時(shí) 會(huì)留下黑色的 斑點(diǎn) 難以褪色的墨水和鉛筆都利用了硝酸銀的這種性質(zhì) 12 鹵化銀 除了氟化銀之外 都是難溶的化合物 可以通過(guò)在銀鹽溶液中加入含有氯 溴 碘離子的 溶液而沉淀下來(lái) 13 在銀鹽溶液中加入強(qiáng)堿可以形成棕色的 Ag 2O 沉淀 你可能想到會(huì)形成氫氧化銀沉淀 如果說(shuō)實(shí) 際上曾經(jīng)生成了氫氧化銀 那么看起來(lái)它也不穩(wěn)定 又分解為氧化物和水 但是 既然形成氧化銀的溶液 明顯是堿性的 溶液中一定存在氫氧根離子 反應(yīng)如下 14 因?yàn)樗亩栊?金的化合物相對(duì)很少 它的化合物通常有兩個(gè)系列 即氧化數(shù)為 1 和 3 的化合物 單價(jià) 亞金 化合物類(lèi)似銀的化合物 如 AuCl 難溶于水 見(jiàn)光易分解 對(duì)光敏感 而高氧化數(shù)金的化 合物傾向于形成配合物 金和大部分的化學(xué)物質(zhì)都不反應(yīng) 金可以抵抗大部分化學(xué)物質(zhì)的侵蝕 如空氣 氧和水對(duì)它都沒(méi)有作用 常見(jiàn)的酸也很難侵蝕金 但是 金能夠溶解在鹽酸和硝酸的混合物 王水 中 形成 AuCl3 或氯金酸 這個(gè)反應(yīng)大概是 因?yàn)橥跛写嬖谟坞x氯 15 氯金酸 HAuCl4H2O 是從溶液中結(jié)晶而出 鋅的化合物 16 鋅在金屬活動(dòng)順序表中是相當(dāng)靠前的 它很容易與酸反應(yīng)生成 H 2 和比它不活潑的金 屬的鹽發(fā)生 置換反應(yīng) 含有雜質(zhì)的鋅和酸反應(yīng)要比純的鋅和酸反應(yīng)劇烈得多 因?yàn)?H 2 氣泡聚集在純鋅的表面 減 緩了反應(yīng) 如果存在作為雜質(zhì)的另外一種金屬 H 2 就會(huì)在雜質(zhì)金屬 表面形成 而不是在鋅的表面 這樣推進(jìn)反應(yīng)的電對(duì)可能在兩種金屬間形成了 17 氧化鋅 應(yīng)用最廣泛的鋅的化合物 常溫下是白色粉末 但是加熱時(shí)變成黃色 冷卻后 又變成白 色 氧化鋅是通過(guò)在空氣中燃燒鋅 或者碳酸鹽的熱分解 或者煅燒鋅的硫化物而獲得 ZnO 主要的應(yīng) 用是在橡膠工業(yè)上 尤其是在汽車(chē)輪胎上作為填充劑 作為涂料的主要成分 與鉛白相比 它所具有的優(yōu) 點(diǎn)是 當(dāng)暴露在含有 H2S 的空氣中時(shí) 顏色并不變暗 但是 它的覆蓋力卻不如鉛白 六 無(wú)機(jī)化合物的分類(lèi) 化合物的種類(lèi) 1 今天 化學(xué)家已經(jīng)知道了千千萬(wàn)萬(wàn)種的化合物 如果根據(jù)個(gè)別化合物來(lái)了解這么多化合物的性質(zhì)和 行為 即使其中的一小部分也是不可能的 幸運(yùn)的是 大部分化合物可以被劃分為幾類(lèi) 如果我們要把一 個(gè)化合物完全歸類(lèi)的話 根據(jù)這類(lèi)化合物性質(zhì)的有關(guān)知識(shí) 我們馬上就會(huì)知道這個(gè)化合物的一般性質(zhì) 例 如 HCl 歸類(lèi)為酸 由于已經(jīng)熟悉作為不同類(lèi)別的酸的性質(zhì) 我們就會(huì)立即知道這一化合物的一般性質(zhì) 我們要研究的大量的化合物可以劃分為酸 堿 鹽和金屬氧化物或非金屬氧化物 在這五類(lèi)化合物中 前三類(lèi)顯然是最重要的幾類(lèi) 2 酸 堿或鹽溶解在水中所得的溶液可以導(dǎo)電 因此專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)為電解質(zhì) 如果此溶液不導(dǎo)電 那么此 化合物就是非電解質(zhì) 常見(jiàn)化合物的分類(lèi) 3 通過(guò)觀察化學(xué)分子式 我們可以把很多常見(jiàn)的化合物進(jìn)行以下分類(lèi) 1 酸 按照傳統(tǒng)的含義 可以通過(guò)以下方法進(jìn)行辨認(rèn) 一般 H 寫(xiě)在分子式的前邊 化合物的其余部分 一般是非金屬性的基團(tuán) 例如 HCl H 2SO 4 HClO 2 傳統(tǒng)上的堿在分子式的后邊都有 OH 基團(tuán) 分子式的第一部分通常是金屬 例如 NaOH Ca OH 2 Fe OH 3 3 鹽由寫(xiě)在分子式前邊的金屬和寫(xiě)在分子式后邊的非金屬或基團(tuán)組成 例如 NaCl Fe 2 SO 4 3 Ca ClO 2 4 氧化物是由氧和只有一種其它元素的組成化合物 4 如果除了氧之外的另外一種元素是非金屬 這個(gè)氧化物就會(huì)歸類(lèi)為非金屬氧化物或者酸酐 之所以 叫做酸酐 是因?yàn)榉墙饘傺趸镌谝欢l件下加水后會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的酸 同樣 如果從含氧酸中除去水 就得到了不含水的酸酐 5 另外一類(lèi)由氧和一種金屬元素組成的氧化物 叫做金屬氧化物或堿酐 在合適的條件下向堿酐中加 入水 就會(huì)生成堿 反過(guò)來(lái)也一樣 6 傳統(tǒng)意義上的所有酸都含有可以被金屬取代的氫 酸的負(fù)電荷部分由非金屬或帶負(fù)電荷的原子團(tuán)組 成 這些負(fù)電荷基團(tuán) 除了氧和氫氧化物之外 經(jīng)常叫做酸根 所有的酸都是共價(jià)化合物 原子間是通過(guò) 共用電子而互相結(jié)合的 當(dāng)酸溶解在水中時(shí) 質(zhì)子就會(huì)從酸分子中向水分子中轉(zhuǎn)移而形成離子 例如 7 這是配位鍵的一個(gè)例子 水分子上未共用的電子對(duì)與 H 結(jié)合形成水合氫離子 水合氫離子是水合 的氫離子或質(zhì)子 H H2O 同時(shí)酸在水溶液中的離子化依賴(lài)于水合氫離子的形成 在寫(xiě)方程式的時(shí)候 我們 將通常使用簡(jiǎn)單的 H 這樣的方程式因此被簡(jiǎn)化 也容易配平 8 酸的主要特征是能夠提供氫離子 H 質(zhì)子 因此 通常也定義酸為質(zhì)子給予體物質(zhì) 9 酸的性質(zhì) 一般 酸的水溶液具有如下的特征性質(zhì) 1 有酸味 檸檬 橘子以及其它的柑橘類(lèi)的水果因檸檬酸的存在而擁有酸味 酸牛奶的味道也是 因檸檬酸的存在而產(chǎn)生的 2 使紫色石蕊試紙變藍(lán) 石蕊染料在酸性溶液中呈現(xiàn)紅色 而在堿性溶液中呈現(xiàn)藍(lán)色 在石蕊溶液 中浸泡后的紙叫做石蕊試紙 這類(lèi)能夠讓我們測(cè)定所給溶液酸堿性的 是酸還是堿的 物質(zhì)叫做指示劑 甲基橙和酚酞是化學(xué)家常用的其它指示劑 3 酸與某些金屬反應(yīng)產(chǎn)生氫氣 這類(lèi)反應(yīng)的研究可與制備氫氣聯(lián)系起來(lái) 4 與堿反應(yīng)生成鹽和水 10 H2SO 4 HNO 3 HCl HBr 和 HI 是常見(jiàn)的強(qiáng)酸 其它的大部分酸一般僅部分解離 因此僅僅是 中等強(qiáng)度或者很弱 Bases 堿 11 所有的金屬氫氧化物都?xì)w類(lèi)為傳統(tǒng)意義上的堿 在常見(jiàn)的堿中 只有 NaOH KOH Ca OH 和 Ba OH 在水中略微溶解 如果這些化合物溶解在水中 OH 的存在是所有這些溶液的共同特征 12 NH 3 的水溶液也劃分為堿類(lèi) 因?yàn)樗娜芤褐幸泊嬖?OH 13 在這些化合物中 我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬或 NH 4 與氫氧根的結(jié)合 正象酸的水溶液的特征部分是 水合氫離子 堿的水溶液的特征部分是 OH 后來(lái)堿的概念延伸到包括溶液中不提供 不存在 OH 的物 質(zhì) 14 堿的性質(zhì) 一般 金屬氫氧化物 堿 的水溶液表現(xiàn)出以下性質(zhì) 1 苦味 2 滑膩感 3 使藍(lán)色石蕊試紙變紅 4 與酸反應(yīng)產(chǎn)生鹽和水 5 大部分金屬氫氧化物都難溶于水 在常見(jiàn)的金屬氫氧化物中 只有 NaOH KOH Ca OH 2 Ba OH 2 和 NH3 易溶解于水 15 NaOH KOH Ca OH 2 和 Ba OH 2 是常見(jiàn)的強(qiáng)堿 鹽 16 酸與堿反應(yīng)產(chǎn)生鹽和水 酸中的氫與堿中的氫氧根結(jié)合形成水分子 17 酸與堿的反應(yīng)叫做中和反應(yīng) 如果反應(yīng)后通過(guò)蒸發(fā)的方式除去所有的水 來(lái)自堿的正離子和來(lái)自酸 的負(fù)離子就形成了固體鹽的晶格 18 事實(shí)表明 NaCl 一種鹽是電價(jià)化合物 在固體或晶體狀態(tài)是離子化的 晶體由按照一定的型式取向 的鈉正離子和氯負(fù)離子組成 一般 大部分鹽在晶體狀態(tài)時(shí)都是電價(jià)化合物 由離子按照一定的空間取向 組成 七 無(wú)機(jī)化合物的命名 1 隨著成千上萬(wàn)新的無(wú)機(jī)化合物的發(fā)現(xiàn) 修正傳統(tǒng)的命名規(guī)則成為必然 有個(gè)國(guó)際委員會(huì)建議了一 套命名化合物的規(guī)則 現(xiàn)在這套規(guī)則正在全世界范圍內(nèi)采用 很多比較陳舊 古老 的名字仍然使用 而 我們接下來(lái)的討論將包括許多舊的和新的命名的例子 重點(diǎn)是后者 一個(gè)主要的變化是由 Albert Stock 建議的 現(xiàn)在已經(jīng)廣為人知的命名金屬化合物 氧化物 氫氧化物和鹽 的 Stock 命名系統(tǒng) 其中金屬 化合物中 金屬可能表現(xiàn)出不止一種氧化態(tài) 在這些例子中 金屬的氧化態(tài)用與氧化數(shù)一致的羅馬數(shù)字標(biāo) 在緊隨著金屬英文名字的圓括號(hào) 中 后邊注釋 在這種情況下 金屬氧化態(tài)是緊接著金屬的英語(yǔ)名稱(chēng)之 后在圓括號(hào)中用羅馬數(shù)字表示 該數(shù)字與金屬的氧化數(shù)一致 如果金屬只有一種常見(jiàn)的氧化數(shù) 就不用 羅馬字母標(biāo)出了 另外一個(gè)重要的變化是配離子和配位化合物的命名 有關(guān)后者 配離子和配位化合物 的命名我們將等到討論這些化合物時(shí)再說(shuō) 金屬氧化物 堿和鹽的命名 2 一個(gè)學(xué)生如果掌握了給出離子電荷和較常見(jiàn)離子名稱(chēng)的價(jià)鍵表 3 他在掌握命名方面就必定有了一 個(gè)好的開(kāi)端 化合物是正離子和負(fù)離子按照合適的比例給出的電中性的結(jié)合 化合物的名字是根據(jù)離子的 名字得出的 例如 NaCl 叫做氯化鈉 Al OH 3 叫氫氧化鋁 FeBr2 叫溴化亞鐵 Ca C2H3O2 2 叫乙酸 鈣 Cr2 SO4 3 叫硫酸鉻等等 表 4 給出了金屬化合物名字的另外的一些例子 在所用的兩個(gè)常見(jiàn)的系統(tǒng) 中 首選 Stock 系統(tǒng) 但是 要注意即使在這個(gè)系統(tǒng)中 負(fù)離子的名字仍然需要從價(jià)鍵表 4 獲得 3 負(fù)離子 即陰離子 可以是單原子的 也可以是多原子的 所有的單原子陰離子的名字都是以 ide 結(jié)尾的 有兩個(gè)也是以 ide 結(jié)尾的多原子陰離子是氫氧根離子 OH 和氰根離子 CN 4 許多多原子陰離子除了其它的元素之外還含有氧 在這樣的含氧陰離子中 氧原子的數(shù)目用后綴 ite 和 ate 表示 意思分別是較少的和較多的氧原子 在一種元素形成的含氧陰離子多于兩種的情況下 有必要用前綴 hypo 和 per 來(lái)表示 仍然分別表示較少的和較多的原子 一系列含氧陰離子的命名見(jiàn)表 5 非金屬氧化物的命名 5 在化合物中 氧原子的數(shù)目和其它元素原子的數(shù)目 不管是舊的命名系統(tǒng) 還是現(xiàn)在 廣泛使用的 命名系統(tǒng)都使用了希臘語(yǔ)前綴 這些前綴是 1 mono 有時(shí)簡(jiǎn)化為 mon 2 di 3 tri 4 tetra 5 penta 6 hexa 7 hepata 8 octa 9 nona and 10 deca 當(dāng)命名非金 屬氧化物的時(shí)候 從 tetra 開(kāi)始 一般省略前綴中的字母 a mono 也經(jīng)常從命名中一起省略 6 系統(tǒng)也經(jīng)常用于非金屬氧化物 其中羅馬數(shù)字代表了除了氧之外的元素的氧化數(shù) 7 在任意一種系統(tǒng)中 都是首先命名氧以外的元素 在全名中后邊跟著 oxide 表 6 給出了一些 例子 酸的命名 8 酸的名字可以直接從價(jià)鍵表 3 的知識(shí)通過(guò)改變酸根離子 陰離子 的名字而獲得 見(jiàn)下表 表 7 給出了這種關(guān)系的例子 9 存在這樣的一些例子 酸的名字與酸根的名字相比有輕微的改變 例如 H 2SO 4 叫 sulfuric acid 而不是 sulfic 與此類(lèi)似 H 3PO 4 叫 phosphoric acid 而不是 phosphic 10 比較不常見(jiàn)的負(fù)離子不包括在價(jià)鍵表 3 中 例如 BO3 2 叫 borate ion 叫 boric acid TeO 叫碲酸根離子 H TeO 叫碲酸等等 酸和堿式鹽 11 可以想象得到 在酸被堿中和的反應(yīng)中 可能只有部分氫被中和 因此 12 化合物 NaHSO 4 有酸性 因?yàn)樗袣?同時(shí)它也是一種鹽 因?yàn)樗群薪饘僖埠兴岣?這種含有酸性氫的鹽叫做酸式鹽 磷酸 H 3PO 4 可以被分步中和而形成鹽 NaH 2PO4 Na2HPO 4 和 Na 3PO 4 前兩種是酸式鹽 因?yàn)樗鼈兒锌梢员恢脫Q的氫 命名這些鹽的一種方法是把 Na 2HPO 4 叫做 磷酸氫二鈉 而 NaH 2PO 4 叫做磷酸二氫鈉 這些酸式磷酸鹽在控制血液堿度方面非常重要 第三種化 合物 不含有可以被取代的氫 Na 3PO 4 通常被叫做正磷酸鈉 或者與前兩種酸式鹽區(qū)分開(kāi)叫做磷酸 三鈉 13 歷史上 前綴 bi 曾經(jīng)用來(lái)命名某些酸式鹽 例如 在工業(yè)上 NaHCO 3 叫做 sodium bicarbonate 碳酸氫鈉 Ca HSO 3 2 叫做 calcium bisulfite 亞硫酸氫鈣 因?yàn)?bi 在某些 程度上容易誤解 所以用上面討論的命名系統(tǒng)更優(yōu)越些 更好 14 如果堿的氫氧根被酸分步中和 也可以形成堿式鹽 15 堿式鹽具有堿的性質(zhì) 將與酸反應(yīng)形成正鹽和水 堿式鹽中的 OH 基團(tuán)叫做羥基 Bi OH 2NO 3 的名字是二羥基硝酸鉍 混合鹽 16 如果酸中的氫原子被兩種或兩種以上的不同的金屬取代 就形成了混合鹽 因此 2H S O4 中的 兩個(gè)氫原子可以被鈉和鉀產(chǎn)生混合鹽 NaKSO4 硫酸鉀鈉 NaNH4HPO4 是可以從尿液中結(jié)晶出來(lái)的混合酸 式鹽 八 布朗斯特和路易氏酸堿概念 1 Bronsted Lowry 概念 1923 根據(jù)這一概念 酸是一種物質(zhì)釋放質(zhì)子 一個(gè)質(zhì)子捐獻(xiàn)者 和一個(gè)基地是 一種物質(zhì)結(jié)合質(zhì)子 一個(gè)質(zhì)子受體 中和反應(yīng)涉及轉(zhuǎn)會(huì)的影響 鹽離子 僅僅是的聚集產(chǎn)生一些 但不是所 有的中和反應(yīng) 2 后損失的一個(gè)質(zhì)子酸形成一個(gè)基地 因?yàn)閺哪嫦蚍磻?yīng)形成的物質(zhì)可以獲得一個(gè)質(zhì)子 在同樣的方式基 礎(chǔ)上形成一個(gè)獲得一個(gè)質(zhì)子酸 這些關(guān)系可用方程 方程和是一個(gè)中和反應(yīng) 3 我們看到 是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)中和反應(yīng)質(zhì)子在兩個(gè)基地 酸和堿的表現(xiàn)在方程1 和方程2 是一個(gè)共軛雙 那 是一種酸的形式 并立足于其共軛損失一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)基地 形成了具有共軛酸時(shí) 它得到質(zhì)子 物質(zhì)具有 相同的下標(biāo)等式中三個(gè)共軛雙 這個(gè)觀念可以給出了實(shí)際應(yīng)用例子 4 第一個(gè)方程中和反應(yīng)根據(jù)阿倫尼斯的概念以及 Bronsted Lowry 但 既然基本上符合阿累尼烏斯承 認(rèn)只有基地哦 另一個(gè)反應(yīng)是根據(jù)他的 concept1排除在外 值得注意的是 在第二個(gè)和第三個(gè)反應(yīng) 水 作為一個(gè)基地和酸 分別 水 就像許多其它物質(zhì)既可捐資助學(xué) 接受質(zhì)子 兩性根據(jù)這一概念 它的功能 作為一個(gè)酸比本身存在基地 NH3為例 和一個(gè)基地酸的存在比本身 鹽酸的例子 平衡點(diǎn)的位置上面依靠 相對(duì)質(zhì)子 捐贈(zèng)能力的兩個(gè)酸在每種情況下 或相對(duì) proton accepting 能力的兩個(gè)基地 5 這些關(guān)系允許建立尺度的酸和堿的力量 相對(duì)酸強(qiáng)度的測(cè)量 質(zhì)子捐贈(zèng)者的程度的公共基反應(yīng) equilibrium2盡速進(jìn)行 強(qiáng)度相對(duì)基地建立質(zhì)子雜質(zhì)相似 表8 列出了幾個(gè)熟悉的物質(zhì)的順序排列的酸 強(qiáng)度降低 自共軛基地的弱酸性強(qiáng) 反之亦然 基地在反應(yīng)形成的相反順序給出的力量 也就是說(shuō) 最強(qiáng)的基 地 在底部的桌面上 表8 水酸堿反應(yīng) 6 相對(duì)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上 根據(jù) Bronsted 概念 是測(cè)量其能力來(lái)接受一個(gè)質(zhì)子 任何兩個(gè)物體之間爭(zhēng)奪質(zhì)子 一 個(gè)在另一個(gè)獲得質(zhì)子更基本的 例如 水可能競(jìng)爭(zhēng)為一個(gè)質(zhì)子氯離子 但氯離子太虛弱了作為一個(gè)基礎(chǔ) 水 很容易接受的質(zhì)子和 H3O 該反應(yīng)形式 7 另一方面 水會(huì)輸給在競(jìng)爭(zhēng)質(zhì)子水中和氨為質(zhì)子 以質(zhì)子從水中氨 迫使水作為一種酸的反應(yīng) 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的相對(duì)能力為質(zhì)子可源自表8 最強(qiáng)的根據(jù)地質(zhì)子雜質(zhì)列表的底部 而最強(qiáng)的酸或質(zhì)子捐助者酸在 條目上的最上方 8 劉易斯的概念 1923 g n 劉易斯酸堿概念提出一個(gè)在同年 Bronsted Lowry 概念出現(xiàn)了 定義 了一種路易斯酸作為分子或離子 可以接受一個(gè)電子對(duì)另一個(gè)分子或離子 一個(gè)基地作為物質(zhì)分享其電子搭 配酸的作用 因此 一個(gè)酸是一種 electron pair 接受者和基地是一個(gè) electron pair 捐獻(xiàn)者 當(dāng)路易斯 酸反應(yīng)與劉易斯基地 因此 形成一個(gè)協(xié)調(diào)共價(jià)鍵 從本質(zhì)上講 這是的中和反應(yīng) 9 電子點(diǎn)公式形成機(jī)理 闡明了坐標(biāo)的債券在中和劉易斯酸 一個(gè)質(zhì)子的中和氨分子 10 酸 堿基 Al3 水通過(guò)形成經(jīng)歷了劉易斯中和六坐標(biāo)的債券 11 很多轉(zhuǎn)移的反應(yīng)說(shuō)明的相對(duì)能力劉易斯酸或基地 例如 氰化物離子較強(qiáng)的基比氟離子憑借自己的 能力去取代了氟離子從 hexafluoroferrate 離子 12 有許多反應(yīng) 適合在路易斯酸堿概念 與質(zhì)子的得與失 Bronsted Lowry 的概念 強(qiáng)調(diào)電子對(duì)劉易斯 的概念 一個(gè)劉易斯酸對(duì)缺乏一個(gè)電子在一個(gè)空曠的軌道 或者有一個(gè)軌道 可以撤回基地和劉易斯有 nonbonding 電子對(duì)這一對(duì) 并能提供另一種物質(zhì)缺乏一個(gè)電子的一對(duì) 13 顯然 劉易斯概念應(yīng)用 不僅對(duì)化學(xué)行為相關(guān)的 Bronsted Lowry 觀念 而且許多化學(xué)反應(yīng)而不包含質(zhì) 子轉(zhuǎn)移 因?yàn)檫@個(gè)原因 它是最有用的 其共性也設(shè)立規(guī)模優(yōu)勢(shì)為酸和堿路易斯酸和堿 但比較能夠在選定 的物質(zhì) 14 親核和親電的術(shù)語(yǔ)有時(shí)用于堿和酸 路易斯酸接受電子對(duì)的電 以及路易斯堿的強(qiáng)度是由他們的傾 向計(jì)量供給電子 例如 水是較強(qiáng)的基礎(chǔ)不是 Cl 因?yàn)樗〈入x子在對(duì)質(zhì)子提供電子對(duì) 因此 水比起 cl 來(lái)是一種較強(qiáng)的親核性劑 九 配位化合物 1 配位化合物形成的化學(xué)基礎(chǔ)是配位鍵 配位化合物的形成過(guò)程必須存在電子對(duì)接受體和電子對(duì)給予 體 因此 配位反應(yīng)是 Lewis 酸堿反應(yīng)的例子 中心離子是 Lewis 酸 或者叫電子對(duì)接受體 中心離子 周?chē)慕信潴w的基團(tuán)是 Lewis 堿或者電子對(duì)給予體 一般 這類(lèi)反應(yīng)可以描述如下 正向的反應(yīng)是配位反應(yīng) 逆反應(yīng)是配合物的解離反應(yīng) 當(dāng) x 大于 1 時(shí) 配位反應(yīng)和解離反應(yīng)通常都 是逐步進(jìn)行的 因此上面的總方程式是幾個(gè)分步反應(yīng)方程式的和 2 配位鍵的性質(zhì)從以實(shí)質(zhì)上的共價(jià)鍵 某些情況下包括雙鍵性質(zhì)變化到實(shí)質(zhì)上的離子鍵 在象 水溶液中存在的 Na H O 這樣的例子中 鈉離子與配位水分子的互相作用非常類(lèi)似處于結(jié)晶狀態(tài)的氯 化鈉中鈉離子與相鄰氯離子的互相作用 結(jié)合力可以作為靜電引力處理 另外一個(gè)極端 象 Fe CN 6 這樣的配合物主要涉及的是共價(jià)鍵 這種性質(zhì)的變化可以進(jìn)一步用表 9 中所列出的化合物說(shuō)明 所列的 前四個(gè)化合物是類(lèi)似鹽的物質(zhì) 其中或者陽(yáng)離子 或者陰離子是配合物 這一點(diǎn)從它們?cè)谒芤褐械慕M成 上明顯可以看出來(lái) 在固體中仍然存在同樣的離子 盡管它們的分子式可以寫(xiě)成表中兩種鹽的形式 在每 一個(gè)例子中 配離子通過(guò)溶液作用而存在 溶液中幾乎沒(méi)有游離配體或者水合的單原子陽(yáng)離子存在 要注 意的是配體可以是分子 如 NH 或陰離子 如 CN NO or F 在 VF 4 H 2O 2 這個(gè)例子中 釩同時(shí)與陰離子配體和分子配體配位 第五個(gè)化合物 Pt 2C1 4 4NH 3 在溶液和固體中都存在配陽(yáng)離 子和配陰離子 最后一種化合物的晶體結(jié)構(gòu)表明存在 CuCl 4 配陰離子 但是 當(dāng)此物質(zhì)溶解在水中時(shí) 形成的是單原子離子的水合離子的混合物 這只是表明了 Cu II 與配體水形成的配合物比與 Cl 形成的 配合物穩(wěn)定 高度的離子性使得在水溶液的作用下 能夠快速轉(zhuǎn)化為水合的 Cu II 離子 在溶液中不存 在 CuCl 并不能證明在固體中也不存在 CuCl2 配體場(chǎng)理論 3 已經(jīng)證明近來(lái)的晶體場(chǎng)理論或配體場(chǎng)理論是關(guān)于配位化合物的有用的理論 這個(gè)理論說(shuō)明在配合物中 配體和中心離子的結(jié)合 主要是因?yàn)橹行碾x子的電荷和配體的極 性而產(chǎn)生的靜電吸引力 引力的大小決定了配合物的穩(wěn)定性 而引力本身的大小由中心離子和配體的電荷 和尺寸所決定 4 利用這個(gè)理論 能夠計(jì)算許多因電荷和尺寸效應(yīng)引起的能量效應(yīng) 最終獲得鍵能的數(shù)值 后者在 預(yù)測(cè)大量化合物的性質(zhì)和構(gòu)型種類(lèi)方面非常有用 配體基團(tuán) 5 配體必須是極性的或可以極化的 非極性分子配位能力差 通常具有可以和中心離子形成配位鍵 的孤對(duì)電子 配體可以按照能夠和中心離子形成一個(gè)鍵 單齒配體 還是兩個(gè)鍵 雙齒配體 進(jìn)行分類(lèi) 二價(jià)的或含有兩個(gè)給予體原子的象乙二胺這樣的配體叫做雙齒配體 因?yàn)樗鼈兒袃蓚€(gè)和中心離子結(jié)合成 鍵的位置 配位點(diǎn) 6 有的配體更復(fù)雜 已經(jīng)知道三齒 四齒甚至六齒的配體 多齒配體可能同時(shí)含有和中心離子配位 的中性的和陰離子性的配位點(diǎn) 如甘氨酸根離子 此處陰離子性的氧和非離子性的氮都有孤對(duì)電子 可以和給定的陽(yáng)離子配位 例如 Co H 2NCH 2CO 2 3 其中 Co 同時(shí)和每一個(gè)甘氨酸根離子的氮原子和氧原子配位 當(dāng)多齒配體在兩個(gè)或多個(gè)配位點(diǎn)同時(shí)與中 心離子配位時(shí) 就形成了如上面所示的鈷的乙二胺配合物的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 這種類(lèi)型的配合物叫做螯合物 對(duì) 應(yīng)的多齒配體叫做鰲合配體 7 配位化合物的命名和例子 1 先命名陽(yáng)離子 后命名陰離子 2 陰離子配體的命名以 o 結(jié)尾 表 10 中的例子是 配體的順序是按照字母排列的 3 中性單元具有歷史性的結(jié)尾 如 氨 氨配合物 水 溶液 水劑 水合的 以前是 aquo 水合的 含水的 水合離子 羰基 亞硝基 4 配合物中中心原子的氧化數(shù)用元素名字后面括號(hào)中的羅馬數(shù)字說(shuō)明 當(dāng)配位離子是陰離子時(shí) 中心元 素的名字加上 ate 酸 5 中性配合物的命名和陽(yáng)離子相同 6 當(dāng)配位離子是陽(yáng)離子時(shí) 命名化合物時(shí) 酸根的名字不包含在配離子中 下面的例子可以解釋說(shuō)明這些規(guī)則 四氟合硼 III 酸鉀 氯化二氨合銀 I 六氰合鐵 II 酸鉀 亞鐵氰化鉀 硫酸四氨合銅 II 硝酸化碳酸合二氨二水合鈷 III 三硝基三氨合鈷 III 十 烷烴 異構(gòu)體的數(shù)目 1 現(xiàn)在確定總名稱(chēng)為烷烴的化合物也叫做飽和碳?xì)浠衔锖?石蠟 鏈狀碳?xì)浠衔?詞語(yǔ) paraffin 石蠟 來(lái)源于希臘語(yǔ) parum affinis 意思是有些密切關(guān)系的 它指的是物質(zhì)具有的 化學(xué)惰性 也應(yīng)用于從石油中可以得到的由高級(jí)烷烴組成的蠟狀物 2 與戊烷 己烷 庚烷分子式相同的的異構(gòu)體分別有 3 種 5 種 9 種衍生物 這一點(diǎn)證明了 隨著碳含量的增加 衍生物的種類(lèi)陡然上升 正烷烴 3 這個(gè)系列的連續(xù)成員隨著 CH 2 數(shù)目的增加組成發(fā)生變化 形成了類(lèi)似的系列 因此 庚烷和辛 烷是類(lèi)似的碳?xì)浠衔?二十烷是甲烷的高級(jí)同系物 飽和的直鏈化合物和單價(jià)基團(tuán) 原子團(tuán) 4 前四個(gè)飽和無(wú)支鏈的非環(huán)狀的碳?xì)浠衔锝凶黾淄?乙烷 丙烷和丁烷 高級(jí)直鏈烷烴同系物的 名字由數(shù)字項(xiàng)后根 ane 組成 命名時(shí)省略了數(shù)字項(xiàng)終端的 a 有關(guān)例子見(jiàn)下表 飽和的非環(huán)狀碳?xì)浠?物 包括有支鏈的和無(wú)支鏈的 的總名字叫烷烴 alkane 5 飽和的有支鏈的 非環(huán)狀的碳?xì)浠衔锏拿峭ㄟ^(guò)在最長(zhǎng)鏈的名字之前給支鏈的名字加前綴來(lái)命 名的 最長(zhǎng)的鏈用阿拉伯?dāng)?shù)字從一端到另一端標(biāo)號(hào) 所選擇的最長(zhǎng)鏈的方向應(yīng)該是使編號(hào)最可能地小 當(dāng) 逐一比較包含著相同 碳 原子數(shù)目的詞語(yǔ)的許多位次時(shí) 當(dāng)包含同一數(shù)字項(xiàng)的一系列位次進(jìn)行比較時(shí) 根據(jù)第一個(gè)位次差值的理由 在出現(xiàn)的第一個(gè)有差別的位次時(shí) 含最低數(shù)字的是最低者 不管取代基是 什么 這個(gè)原則都適用 例如 2 3 5 三甲基己烷 6 如果存在同樣的未取代基團(tuán) 應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾?di tri tetra penta hexa hepta octa nona deca 等前綴來(lái)指出 例如 3 3 二甲基戊烷 7 單價(jià)基團(tuán)是通過(guò)從飽和的非環(huán)狀的碳?xì)浠衔锏亩嘶荚由先サ魵湓有纬傻?它的命名是通 過(guò)把碳?xì)浠衔锏脑~尾 ane 用 y1 來(lái)取代而進(jìn)行的 自由價(jià)碳原子可以進(jìn)行分類(lèi)編號(hào) 這些基團(tuán)叫做正 鏈烷基或直鏈烷基 例如 戊 烷 基 1 甲基戊基 2 甲基戊基 5 甲基己基 異丁基 新戊 烷 基 仲丁基 叔丁 基 8 穩(wěn)定性 烷烴的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)比較惰性 因?yàn)樗鼈儗?duì)很容易和烯烴 炔烴反應(yīng)的試劑呈現(xiàn)出惰性 例 如 濃硫酸 沸騰的硝酸 熔融的氫氧化鈉 高錳酸鉀或鉻酸都不能進(jìn)攻正己烷 或者都不和正己烷反應(yīng) 而除了氫氧化鈉 這些試劑在室溫下都可以進(jìn)攻烯烴 烷烴能夠進(jìn)行的寥寥無(wú)幾的 為數(shù)不多的 反應(yīng) 都需要高溫或特殊的催化 9 鹵化反應(yīng) 作用 如果把裝有正己烷的試管放在黑暗的地方 然后用一滴溴處理 溶液的顏色可 以保持幾天不變暗 如果把此溶液暴露在陽(yáng)光下 溶液幾分鐘就褪色了 在試管口呼一口氣會(huì)產(chǎn)生冷凝的 霧 說(shuō)明反應(yīng)產(chǎn)物之一是 HBr 這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)光化學(xué)取代反應(yīng) 10 氯化 用氯處理 烷烴的氯化作用比溴化作用更普遍 也更有用 它不僅可以通過(guò)光催化進(jìn)行 通過(guò)其它方法也可以進(jìn)行 11 烷烴的光引發(fā)氯化作用是通過(guò)均裂過(guò)程把氯分子轉(zhuǎn)變成氯原子進(jìn)行的 在這個(gè)過(guò)程中 氯分子中 的共價(jià)鍵斷裂 形成氯分子的每個(gè)氯原子保留一個(gè)電子 氯原子具有奇數(shù)個(gè)電子 或者說(shuō)具有未成對(duì)電子 是自由基 因?yàn)樵泳哂羞_(dá)到正常價(jià)電子層的趨勢(shì) 所以任何自由基都是高度活潑的物種 光化學(xué)氯化作 用是通過(guò)自由基的傳遞作用進(jìn)行的 是自由基的鏈反應(yīng) 氯分子的均裂反應(yīng) 即鏈引發(fā)步驟 1 產(chǎn)生了自 由基氯 在鏈反應(yīng)傳播過(guò)程中 自由基氯進(jìn)攻烷烴分子而產(chǎn)生 HCl 和烷基自由基 2 烷基反過(guò)來(lái)又進(jìn) 攻氯分子而形成氯代烷和自由基氯 3 因?yàn)椴襟E 2 所需要的自由基氯在步驟 3 中又重新產(chǎn)生 這 兩個(gè)反應(yīng)在一起就構(gòu)成了鏈反應(yīng) 如果這兩個(gè)反應(yīng)都以理想的效率進(jìn)行的話 這個(gè)鏈反應(yīng)將是不需要進(jìn)一 步的光能的自發(fā)傳播反應(yīng) 但是 反應(yīng)效率并不理想 因?yàn)樽杂苫仍诓襟E 4 中重新結(jié)合 在步驟 5 中和烷基結(jié)合 或者在和燒瓶壁碰撞的過(guò)程中浪費(fèi)了能量 因此需要持續(xù)的輻射來(lái)維持供應(yīng)足夠的 引發(fā)基團(tuán) 鏈引發(fā)步驟需要輸入 242 8kJ mole 的光能量 但是 步驟 2 是放熱反應(yīng) 因?yàn)閿嗔?C H 鍵所需要的能量比 H C1 的鍵能小 第二個(gè)鏈傳播步驟 3 同樣是放熱的 實(shí)際上烷烴的氯化作用是爆 炸式地進(jìn)行的 12 裂解 當(dāng)加熱到 500 700 時(shí) 高級(jí)烷烴就會(huì)進(jìn)行高溫分解或裂解成一些飽和烴和不飽和烴的 小分子混合物 由特殊石油餾分的選擇性裂解所產(chǎn)生的碳?xì)浠衔镌诨瘜W(xué)合成中是很有用的 在裂解過(guò)程 中斷裂的是是碳 碳鍵而不是碳?xì)滏I斷裂因?yàn)閿嗔?C C 鍵所需要的能量是 247kJ mole 而斷裂 C H 鍵 所需要的能量是 364 kJ mole 13 氧化 碳?xì)浠衔锖脱醴磻?yīng)放出能量的過(guò)程是汽油作為內(nèi)燃機(jī)的燃料應(yīng)用的基礎(chǔ) 燃燒給定的碳?xì)?化合物所釋放的能量可以以 kJ mole 為單位 用燃燒熱來(lái)表示 表達(dá) 14 氣體碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵诩庸ぬ亢?尤其是燈黑 墨水顏料 以及在橡膠配方中用做填充劑 的槽法炭黑方面非常重要 因?yàn)楸阋撕腿菀组_(kāi)采 所以天然氣得到了使用 黑色顏料的產(chǎn)率隨著氣體的種 類(lèi)和加工過(guò)程而改變 但是理論值通常在 2 6 范圍內(nèi) 15 如果要對(duì)某種物質(zhì)進(jìn)行更有限程度的氧化 局部空氣氧化是生產(chǎn)特殊氧化產(chǎn)物的方法 從石油中提 取的高沸點(diǎn)礦物油和蠟的空氣氧化可以提供類(lèi)似于那些脂肪衍生物的高級(jí)羧酸的混合物 這些混合物適合 于用來(lái)制造肥皂 十一 不飽和化合物 不飽和化合物和自由基 1 具有一個(gè)雙鍵或叁鍵的不飽和直鏈非環(huán)狀碳?xì)浠衔锸峭ㄟ^(guò)把對(duì)應(yīng)的飽和碳?xì)浠衔锏拿值脑~尾 ane 用 ene 或 yne 來(lái)取代而命名的 如果存在兩個(gè)或更多的雙鍵或叁鍵 詞尾就是 adiene atriene 或 adiyne atriyne 等 這些碳?xì)浠衔锏目偯Q(chēng) 或一般的名字 包括帶有支 鏈的和直鏈的 叫烯烴 二烯 三烯或炔烴 鏈二炔 鏈三炔等 鏈的選取要使雙鍵或叁鍵的編號(hào) 位次 最低 2 己烯 1 4 己二烯 以下的例子保留了非系統(tǒng)的命名 乙烯 丙二烯 炔 異戊二烯 2 不飽和鏈狀碳?xì)浠衔锏难苌淖杂蓛r(jià)基團(tuán)的名字具有 enyl ynyl dienyl 等詞尾 在必要的地方要指出雙鍵和叁鍵的位置 自由基碳原子的標(biāo)號(hào)如 1 例外 下列名稱(chēng)仍然保留 乙烯基 2 丙烯基 異丙烯基 1 甲基乙烯基 烯烴 鏈烯 3 物理性質(zhì) 烯烴也作為烯的碳?xì)浠衔锖拖N為我們所知道 早期的化學(xué)家用術(shù)語(yǔ) olefin 意 思是生成石油 因?yàn)闅鈶B(tài)的烯烴和氯 溴結(jié)合形成油狀的加合產(chǎn)物 4 烯烴與對(duì)應(yīng)的飽和碳?xì)浠衔飵缀醪豢蓞^(qū)分 因?yàn)樗鼈兊姆悬c(diǎn)僅僅比分子量稍微高點(diǎn)的烷烴低幾 度 密度高幾個(gè)百分點(diǎn) 甚至在烯烴和烷烴這兩個(gè)系列的前幾個(gè)成員中 它們的熔點(diǎn)明顯的一致 環(huán)烷烴 與鏈烷烴的差異比鏈烯烴和鏈烷烴的差異大 因此 環(huán)的形成比乙烯基的引入對(duì)物理性質(zhì)的影響大 無(wú)論 是基于重量還是體積 1 己烯的燃燒熱實(shí)際上都和正己烷的燃燒熱相同 5 從乙醇中消去水是制備乙烯的一種有效的方法 因此 從一個(gè)碳原子上去除 OH 從另外一個(gè)碳 原子上去掉一個(gè) H 乙醇就變成了乙烯 6 脫水是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟中的一步 乙醇在塞滿了氧化鋁顆粒的管子中進(jìn)行蒸餾 蒸餾的溫度用電熱 爐維持在 350 400 這個(gè)反應(yīng)與烷烴的高溫分解類(lèi)似 因?yàn)樯邷囟葧r(shí) 飽和的化合物生成了不飽和的 產(chǎn)物 但是 乙醇的熱分解溫度顯然要低得多 反應(yīng)過(guò)程更簡(jiǎn)單 更均衡 7 硫酸法 硫酸是一個(gè)二羥基酸 可以用分子式 I 簡(jiǎn)單地表示 這種物質(zhì)有一個(gè)如 II 中的半 不完全的 極性鍵 在這兩種情況中 硫都電子殼層擴(kuò)展到容納 12 個(gè)電子 或者說(shuō)它含有兩個(gè)雙鍵 見(jiàn) III 圖 見(jiàn)書(shū) 8 當(dāng)在冰的冷卻下 把濃硫酸逐漸地加入到乙醇中時(shí) 這兩種成分就通過(guò)消去反應(yīng)除去了水 形成 了乙基硫酸 因?yàn)樾纬傻乃粷饬蛩嵛?所以這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行得比較完全 但是 這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)可逆反 應(yīng) 可以通過(guò)加大量的水處理產(chǎn)物而使反應(yīng)逆轉(zhuǎn) 乙基硫酸是無(wú)機(jī)二元酸的單酯 具有強(qiáng)酸性 象溶解在 水中一樣 可以溶于硫酸 它在低溫下穩(wěn)定 加熱時(shí)分解 分解的主要有機(jī)產(chǎn)物是乙烯 它是通過(guò)在一個(gè) 碳原子上失去 OSO 2OH 和在相鄰的碳原子上失去氫原子產(chǎn)生硫酸后形成的 一個(gè)副反應(yīng)是乙醇與乙基硫 酸作用生成二乙醚 普通醚 這個(gè)醚的制備反應(yīng)可以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物的比例和維持反應(yīng)溫度在 140 條件 下進(jìn)行 乙烯和二乙基醚的最適宜的形成溫度差異非常小 因此每一種產(chǎn)物都是另外一種產(chǎn)物的副產(chǎn)物 第三種產(chǎn)物 硫酸二乙酯 可以通過(guò)在低于 140 足夠低的壓力條件下加熱乙基硫酸而使硫酸二乙酯從 非揮發(fā)性酸中蒸餾出來(lái)而制備 硫酸二乙酯是硫酸的正 中性 酯 或者說(shuō)二酯 它是一個(gè)非常有用的乙 基化試劑 有時(shí)作為制備氯乙烷的一個(gè)選擇 硫酸二甲酯 b p 188 5 的用途與硫酸二乙酯相似 9 酸催化的脫水作用 脫水作用也可以用鹽酸 磷酸 硫酸氫鉀或草酸來(lái)實(shí)現(xiàn) 這些都是在微量時(shí) 就能夠?qū)崿F(xiàn)消除作用的強(qiáng)酸 有些酸不能形成中間體酯 10 脫水作用的容易程度 在沒(méi)有活性基團(tuán)的醇中 脫水作用的容易程度取決于水的類(lèi)型 而且按照 以下順序 叔醇 仲醇 伯醇 差異可以用附隨的例子來(lái)說(shuō)明 乙醇 是一種仲醇 已經(jīng)被引證過(guò) 它脫水 所需要的酸強(qiáng)度是 96 溫度是 170 仲醇脫水需要 62 的酸和蒸氣浴般的溫度 然而 叔醇在同樣 的溫度下反應(yīng)只需要 46 的酸就可以形成烯烴 11 脫水作用的方向 醇的結(jié)構(gòu)具有兩種不確定的脫水路線 2 戊醇在 1 位或 3 位和鄰位的羥基一起 提供了脫氫的可能性 但是 3 氫的利用具有很高的選擇性 因此產(chǎn)物為 2 戊烯 十二環(huán)烴的命名 1 飽和的單環(huán)烴 無(wú)側(cè)鏈 的名稱(chēng)是由所附的前綴 環(huán) 的非環(huán)狀飽和無(wú)支鏈的烴的碳原子數(shù)相同的 名稱(chēng)構(gòu)成 飽和單環(huán)烴 帶或不帶側(cè)鏈 的通用名稱(chēng)是 環(huán)烷烴 例如 環(huán)丙烷 2 從環(huán)烷烴 無(wú)側(cè)鏈 衍生的一價(jià)基團(tuán)的命名由 基 取代的結(jié)束 ane 烴類(lèi)的名稱(chēng) 該碳原子 具有自由價(jià)被編號(hào)為升 這些基團(tuán)的通用名是 環(huán)烷基 例如 環(huán)丙基 環(huán)己基 3 不飽和單環(huán)烴 無(wú)側(cè)鏈 的名稱(chēng)是由代以 烯 形成 adiene atriene 炔 adiyne 等 為在相應(yīng)的環(huán)烷烴的名稱(chēng) ane 該雙鍵和三鍵給出的數(shù)字盡可能低 EXA 環(huán)己 烷 1 3 環(huán)己二烯 4 對(duì)單環(huán)芳香族烴類(lèi)的名稱(chēng)如下保留 苯 甲苯 二甲苯 均三甲苯 異丙基苯 苯乙烯等 5 由不飽和單環(huán)烴衍生的一價(jià)基團(tuán)的名稱(chēng)的詞尾 烯基 炔基 二烯基 等中的碳原 子具有自由價(jià)的編號(hào)為 1 的 Exa 2 環(huán)戊烯 1 基 2 4 環(huán)戊二烯 1 基 6 下面的俗名為具有單個(gè)自由價(jià)的基團(tuán)被保留 苯基 甲苯基 二甲苯基 基 異丙苯基 芐基 苯 乙烯基等 7 由于名稱(chēng)亞苯基 鄰 間 或?qū)?被保留用于從被取代的苯衍生物形成的 并具有自由價(jià) 的環(huán)原子的基團(tuán) C6H4 二價(jià)基團(tuán)命名為取代的亞苯基的基團(tuán) 具有自由價(jià)的碳原子編號(hào)為 1 2 1 3 或 1 4 為合適的 8 多環(huán)烴的非累積雙鍵最大數(shù)目的名稱(chēng)以 烯基 以下列表包含多環(huán)烴 它們被保留 如萘 蒽 菲 茚等的名稱(chēng) 9 鄰位稠合 或 鄰位和周邊融合的 多環(huán)烴的氫化不到的非累積雙鍵的最大數(shù)量是由一個(gè)前綴 二 氫 形成 四氫 等的名稱(chēng) 接著是相應(yīng)的未還原的烴的名稱(chēng) 前綴 全氫 表示全加氫 例如 1 4 二氫萘 tetradecahydroanthracene 或全氫化蒽 10 從 鄰位稠合 或 鄰位和周邊融合的 多環(huán)烴用的名稱(chēng)通過(guò)除去從芳族或脂環(huán)族環(huán)上的氫原子的 結(jié)束在 烯基 是通過(guò)改變結(jié)束命名原則 衍生的一價(jià)基團(tuán) 烯 烯基 烴到的名字 實(shí)例 2 茚基 例外 萘 蒽基 菲基跨越奇異碳?xì)浠衔?雙環(huán)橋接碳?xì)浠衔?11 飽和脂環(huán)烴的系統(tǒng) 包括兩個(gè)環(huán)僅具有共同的兩個(gè)或更多個(gè)原子 取含有加上前綴 二環(huán) 中碳 原子的總數(shù)相同的開(kāi)鏈烴的名稱(chēng) 在三個(gè)橋 橋是一個(gè)價(jià)鍵或一個(gè)原子或原子連接分子的兩個(gè)不同部分的 無(wú)支鏈的鏈 通過(guò)橋連接的兩個(gè)叔碳原子的碳原子的數(shù)目被稱(chēng)為 橋頭 連接兩個(gè)叔碳原子的括號(hào)內(nèi) 的數(shù)字遞減順序的系統(tǒng)的編號(hào)開(kāi)始與橋頭之一 由最長(zhǎng)的可能路徑到第二橋頭編號(hào)程序 編號(hào)是接著繼續(xù) 從該原子通過(guò)的時(shí)間越長(zhǎng)無(wú)編號(hào)路徑回到第一橋頭 由從緊鄰所述第一橋頭原子的最短路徑完成 12 從橋接烴衍生的自由基是由 基 取代各自的橋接烴名的結(jié)束 ane 命名 烴的編號(hào)被保留和點(diǎn)或 連接點(diǎn)給出的數(shù)字低至與飽和烴的固定編號(hào)一致 多環(huán)系統(tǒng) 13 環(huán)烴的系統(tǒng) 包括三個(gè)或更多個(gè)環(huán)可以按照在雙環(huán)系統(tǒng)規(guī)定的命名原則來(lái)命名的 適當(dāng)?shù)那熬Y 三 環(huán) 四環(huán) 等 被取代 二環(huán) 含有碳原子的總數(shù)相同的開(kāi)鏈烴的名稱(chēng)前 從這些烴衍生的自由基根據(jù) 被命名設(shè)置命名原則中規(guī)定的橋接烴衍生的自由基 14 當(dāng)有一個(gè)選擇 以下條件被認(rèn)為是反過(guò)來(lái) 直到作出決定 a 主環(huán)應(yīng)包含盡可能多的碳原子的可能 其中兩個(gè)必須作為橋頭的主橋 b 主橋應(yīng)盡可能大 c 主環(huán)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)地劃分盡可能由主橋 d 其他橋定位應(yīng)盡可能小 烴橋梁 15 多環(huán)烴的系統(tǒng)可被視為 鄰位稠合 或 鄰位和城郊稠 體系和其中 在同一時(shí)間 還有其他的橋 梁 首先命名為 鄰位稠合 或 鄰位和圍融合 系統(tǒng) 其他網(wǎng)橋然后由通過(guò)替換最后的 ane 烯 等是來(lái)自于相應(yīng)的烴類(lèi)的名稱(chēng)的前綴表示 在 anp 烯 等 以及它們的位置由附著于母體化合 物上的點(diǎn)表示 如果不同類(lèi)型的橋梁都存在 它們被提及的字母順序排列 橋名的例子 十三取代基命名法 前綴 10 1 The 特征組列于表 11 總是被前綴 按所給的表 叫父 compound1 locants 增殖的配件和添加必要的 分析方法 例 1 2 dichlorocyclohexane 引文作為主要集團(tuán)后綴 10 2 特征以外的其他團(tuán)體列于表 11 號(hào)就可以被作為前綴 后綴或母體化合物的名稱(chēng) 10 3 如果團(tuán)體以外的任何特征表 11 存在 一種必須被引證為后綴 但只有一個(gè) kind2 這種被稱(chēng)為組的主 要群體 當(dāng)一個(gè)復(fù)合包含不止一種集團(tuán)不列于表 11 校長(zhǎng)集團(tuán)是把階級(jí)發(fā)生表 12 盡可能高 所有其他的特 點(diǎn)組織然后被引用為前綴 一些前綴后綴 使用了與一般類(lèi)表 12 列于表 13 歲 locants 增殖的配件和添 加必要的分析方法 如果 但只有完整的后綴 也就是說(shuō) 加上后綴本身增加詞綴 如果 any3 開(kāi)始于一個(gè)元 音的發(fā)音 終端 e 如果有的話 的父母的名字是 elided 前 省音或保留碼頭的 e 的用法可以說(shuō)是獨(dú) 立存在的數(shù)字 以及與以下的信 表 12 一些類(lèi)復(fù)合于順序中 其中的特點(diǎn)組織減少引文校長(zhǎng)第一組清掃優(yōu)先 1 Onium 和類(lèi)似的陽(yáng)離子 2 酸 為了 COOH C O 哦 然后他們的年代先后衍生品和硒 其次是磺酸 sulfinic 酸等 3 衍生品酸 為了 anhydrides 酯 ?；?halides 及酰胺 hydrazides 其它 amidines 等 4 腈 cyanides 然后 isocyanides 5 醛 然后他們的年代先后和硒核苷類(lèi)似物 然后他們的衍生物 6 酮 那么他們的類(lèi)似物和衍生品 在相同的順序?qū)θ?7 醇類(lèi)和多酚 然后他們的年代 Se 和