緒論 編輯

什麼是化學 編輯

什麼是化學呢?我們通常說:化學是一門研究物質的組成、結構、性質與變化規律的科學。顯然化學的研究對象是物質。然而,化學並不研究所有的物質,也不在所有層次上研究物質。例如電子波、引力場、夸克等等都是物質,但化學並不研究。宇觀物質(宇宙、天體等)、宏觀物質(城市、磚頭等)、介觀物質(微米、納米等尺度上的物質)以及微觀物質(質子、夸克、電子等)是不同的物質層次,不全是化學研究的內容。因此,我們要對上述定義中的物質作出限制和說明,才能更好的理解化學。

化學研究的是化學物質。化學物質是什麼?宏觀上講,各種化學物質構成了物體,例如聚四氟乙烯[1]做的塑料碗,塑料膜都是物體,而構成它們的聚四氟乙烯是化學物質;微觀上講,化學物質的最低層次是原子(包括原子發生電子得失形成的單原子離子)。比原子更低的層次,如電子、質子和夸克等可以統稱為亞原子微粒(subatomic particles),就不是化學所研究的了。比原子高一個層次的化學物質是原子以強相互作用力,即化學鍵(chemical bonds)相互結合形成的原子聚集體。若把所有單個原子和所有原子聚集體合稱為「分子」(moleculars),則化學研究的就是分子的組成、結構、性質與變化。這裡的分子概念早已不同於一百多年前建立的傳統概念,它包括各種單原子分子(He、Ne等)、各種氣態原子或單核離子,以共價鍵結合的傳統意義上的分子(CO2等),也包括離子晶體(如NaCl)、原子晶體(如金剛石)和金屬晶體(如Cu)等的單晶以及聚合度不同的各種高分子。「分子層次」(molecular scale)的分子就是這個意思。這裡的分子的本質是核-電子體系。

同時,在分子層次之下原子層次以上的層次,我們稱之為亞分子層次(sub-molecular scale),它也是化學所研究的物質。因為亞分子的變化正是原子的化合與分解。其實,亞分子層次也可以歸為分子層次;當然也不是非常確切的,有些科學家就專門研究「分子片」等分子的結構單元。 在分子層次之上是超分子層次(supramolecular scale)。超分子是什麼呢?