分子是什么，原子是什么，離子是什么？

花兒和美酒會(huì)散發(fā)出香氣；蔗糖放入水中，會(huì)變得無影無蹤；濕漉漉的衣服經(jīng)過晾曬，水就不翼而飛了……生活中發(fā)生的這些現(xiàn)象說明：像酒精、水、蔗糖等物質(zhì)都是由人們?nèi)庋劭床坏降摹⒉粩噙\(yùn)動(dòng)著的小微粒——分子構(gòu)成的。分子是指物質(zhì)中能獨(dú)立存在而保持其組成和一切化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。

雖然人們用肉眼看不到分子，但科學(xué)家能用科學(xué)儀器拍攝出分子的照片，這就有力地證明了分子存在的真實(shí)性。一滴水里大約含有1.67×1021個(gè)水分子。若量取18毫升水（4℃時(shí)），其中竟含有6.02×1023個(gè)水分子，數(shù)量大得驚人。分子雖是很小的微粒，但有質(zhì)量。如1個(gè)水分子的質(zhì)量約是3×10-26千克。

100毫升水和100毫升酒精混合后，總體小于200毫升；將蔗糖放進(jìn)水中后蔗糖就會(huì)消失，濕衣服能被晾干。這些事實(shí)說明，一切物質(zhì)的分子都在不斷地運(yùn)動(dòng)，并且分子之間有一定的間隔。

實(shí)驗(yàn)證明，水通電后能產(chǎn)生氫氣和氧氣。這一變化說明，水分子在直流電作用下，可分解成氫原子和氧原子；每一個(gè)水分子可以分解成兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子；每?jī)蓚€(gè)氫原子結(jié)合成一個(gè)氫分子；每?jī)蓚€(gè)氧原子可以結(jié)合成一個(gè)氧分子。

水分子、氫分子、氧分子是性質(zhì)完全不同的分子，它們分別保持水、氫氣、氧氣各自的化學(xué)性質(zhì)。這又說明同種物質(zhì)的分子化學(xué)性質(zhì)相同，不同物質(zhì)的分子化學(xué)性質(zhì)不同。

分子在化學(xué)反應(yīng)中可以分解成原子。有的分子由1個(gè)原子組成，如氬、氙；有的分子由多個(gè)原子組成，如氧、硫。多數(shù)分子是由不同元素的原子組成的，如水、二氧化碳。任何純凈物都有固定的化學(xué)組成，也就是說元素的種類及元素的質(zhì)量比是一定的，因此化學(xué)上常用元素符號(hào)來表示物質(zhì)的組成。用元素符號(hào)來表示物質(zhì)組成的式子叫做化學(xué)式。如O2、H2O、CO2分別表示氧氣、水、二氧化碳的組成。化學(xué)式中各原子的原子量總和叫做式量，如H2O的式量=1×2+16=18。

“原子”這一術(shù)語是希臘文“不可分割的”意思。早在公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特就已經(jīng)提出原子的概念，認(rèn)為一切物質(zhì)都是由不可分割的小微粒——原子構(gòu)成，但缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。經(jīng)過十幾個(gè)世紀(jì)的探索，17世紀(jì)～18世紀(jì)，科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了原子的真實(shí)存在。19世紀(jì)初英國化學(xué)家道爾頓在進(jìn)一步總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了具有近代意義的原子學(xué)說。這種原子學(xué)說的提出開創(chuàng)了化學(xué)的新時(shí)代，它解釋了很多物理、化學(xué)現(xiàn)象。

在化學(xué)反應(yīng)中，分子可以分成原子，但原子卻不能再分。在化學(xué)反應(yīng)中分子發(fā)生了變化，產(chǎn)生了新的分子，而原子依舊是原來的原子。因此，化學(xué)上把原子定義為：原子是化學(xué)變化中的最小微粒。

原子是肉眼看不見的微粒，假如把1億個(gè)原子排成一行，也只不過才有1厘米長(zhǎng)。原子雖小，但有質(zhì)量。例如，1個(gè)氧原子質(zhì)量約為2.656×10-26千克，1個(gè)氫原子質(zhì)量約為1.674×10-27千克。原子和分子一樣，處于不斷運(yùn)動(dòng)之中，同種原子的性質(zhì)相同，不同種原子的性質(zhì)不同。

原子在化學(xué)變化中不能再分，這已被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，但是，并不是說在任何情況下原子永遠(yuǎn)是“不可分割的”最小微粒。放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一看法，并揭開了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的秘密。大量實(shí)驗(yàn)證明，原子是由帶正電的原子核和圍繞原子核不斷運(yùn)動(dòng)、帶負(fù)電的核外電子組成。原子質(zhì)量的99.95%以上都集中在原子核上。原子核和核外電子相互吸引，組成電中性的原子。放射性物質(zhì)在放射過程，原子核發(fā)生了變化，變成了另一種元素的原子。由此人們認(rèn)識(shí)到原子并不是不可分割的最小微粒，它的內(nèi)部還存在著一個(gè)復(fù)雜的天地。

1932年英國物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，以后科學(xué)家們確認(rèn)原子核主要是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。后來進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)揭示，原子核內(nèi)除質(zhì)子、中子外，還有多種基本粒子。

氧氣、水、二氧化碳等物質(zhì)分別由電中性的氧分子、水分子、二氧化碳分子構(gòu)成。鐵、汞、鈉等金屬分別由電中性的鐵原子、汞原子、鈉原子直接構(gòu)成。構(gòu)成物質(zhì)的小微粒除了電中性的分子、原子之外，還有一種帶電的小微粒叫做離子。像我們所熟悉的食鹽——氯化鈉就是由帶正電的陽離子Na+和帶負(fù)電的陰離子C1-構(gòu)成的。化學(xué)上，把帶電的原子或原子團(tuán)叫做離子。

原子失電子而帶正電荷，形成陽離子，陽離子所帶的正電荷數(shù)等于該原子失去的電子數(shù)，即該元素的正化合價(jià)；原子得電子帶負(fù)電荷，形成陰離子，陰離子所帶的負(fù)電荷數(shù)等于該原子得到的電子數(shù)，即負(fù)化合價(jià)。離子的表示方法是用離子符號(hào)，即將離子所帶的電荷數(shù)分別寫在元素符號(hào)的右上角。例如：鈉離子Na+、銨離子NH4+是陽離子，氯離子C1-、氫氧離子OH-是陰離子。

Na+表示帶1個(gè)單位正電荷的鈉離子，OH-表示帶1個(gè)單位負(fù)電荷的氫氧根離子。

+1Na與-1OH是化合價(jià)的表示方法，+1〖〗Na表示鈉的化合價(jià)是+1價(jià)，-1OH表示氫氧根的化合價(jià)是-1價(jià)。

什么是化合物，什么是混合物

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，不僅有各種各樣的化學(xué)儀器，還有種類繁多的化學(xué)藥品，有的是固體，有的是液體，顏色也各不相同。然而，這些藥品主要用來研究物質(zhì)性質(zhì)的，因此一般都是純凈物。純凈物依照組成元素的種類分成單質(zhì)和化合物。

由同種元素組成的純凈物叫單質(zhì)。例如：氧氣（O2）、銅（Cu）等都是單質(zhì)。由不同種元素組成的純凈物叫做化合物。例如，氯化鉀（KCI）、氫氧化鈉（NaOH）、二氧化錳（MnO2）等都是化合物。氯化鈉（NaC1）、氯化氫（HC1）也都是化合物。氯化鈉是由帶正電的陽離子（Na+）與帶負(fù)電的陰離子互相作用而構(gòu)成的化合物。這種由陰、陽離子相互作用而形成的化合物叫做離子化合物。氯化氫則與氯化鈉不同，氫原子與氯原子通過1個(gè)共用電子對(duì)形成氯化氫分子，這種以共用電子對(duì)形成分子的化合物叫做共價(jià)化合物。

元素之間發(fā)生反應(yīng)是形成離子化合物，還是形成共價(jià)化合物，主要由元素的原子結(jié)構(gòu)所決定。

金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易失電子變成帶正電荷的金屬陽離子；非金屬元素的原子最外層的電子數(shù)一般等于或多于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易得電子形成帶負(fù)電荷的陰離子。當(dāng)活潑的金屬元素（Na、K、Mg、Ca等）的原子與活潑的非金屬元素（F、C1、Br、I、O、S等）的原子一接近，金屬元素的原子就會(huì)失去電子形成陽離子，非金屬元素的原子就會(huì)得到電子形成陰離子，非金屬元素的原子就會(huì)得到電子形成陰離子，并互相吸引而形成離子化合物。不同種的非金屬元素（如H與C1、H與F、H與O、H與S）的原子，由于它們獲得電子的能力差不多，在彼此爭(zhēng)奪電子的過程中誰也不能將對(duì)方的電子“搶”過來，也就不可能形成陰、陽離子，而只能以共用電子對(duì)的形式化合，形成穩(wěn)定的共價(jià)化合物。當(dāng)然，不管是原子得失電子形成陰、陽離子，還是原子間形成共用電子對(duì)，其最終總要使各自形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

大千世界，物質(zhì)的種類繁多。依照它們的組成，可以把物質(zhì)分為兩大類：純凈物和混合物。

純凈物是由同種分子組成的物質(zhì)。例如，氧氣是由氧分子組成的，金屬銅和鋁分別是由銅分子和鋁分子組成的，因此它們都是純凈物。混合物是由不同的分子組成的物質(zhì)。例如，一杯天然水，看起來很純凈，其實(shí)水中溶有少量的鹽類，還有病菌、蟲卵等微生物，以及其他雜質(zhì)，所以天然水是混合物。同樣道理，空氣、各種溶液也都是混合物。混合物中各種分子的含量比不是固定的，因而混合物的性質(zhì)也不是一定的。一般混合物中各種物質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

原子結(jié)構(gòu)

俗話說，麻雀雖小，五臟俱全。原子雖然非常小，但內(nèi)部的構(gòu)造卻很復(fù)雜。

我們知道，太陽系的中心是太陽，太陽周圍的大小行星在圍繞太陽不斷運(yùn)動(dòng)。原子好像一個(gè)太陽系，它的中心，是原子核，在原子核周圍，有一定數(shù)目的帶負(fù)電的電子在不斷運(yùn)動(dòng)。原子核的體積很小，假如把一個(gè)原子放大到籃球那么大，原子核也比針尖還小，但是原子核卻集中了差不多整個(gè)原子的質(zhì)量。氫原子核是最小的原子核，它的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1836倍。

原子核體積雖小，仍是一個(gè)復(fù)雜的集體，它由兩種更小的微粒組成，這兩種微粒是質(zhì)子和中子。質(zhì)子和中子的質(zhì)量相同，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。不同類原子核中含有不同數(shù)目的質(zhì)子和中子。

氫原子的原子核是最小的原子核，僅由一個(gè)質(zhì)子組成，在氫原子核中沒有中子。惰性氣體氦的原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成。氧原子核是由8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子組成的。

一個(gè)原子核中所含質(zhì)子的數(shù)目，叫做核電荷數(shù)。核電荷數(shù)相同的同一類原子稱為一種元素。

自然界的各種元素，按它們的核電荷數(shù)排列，核電荷數(shù)為幾就稱作第幾號(hào)元素。例如氫是第一號(hào)元素。氦是第二號(hào)元素，氧是第八號(hào)元素，等等。

氧原子的核電荷數(shù)是8，在原子核外運(yùn)動(dòng)的電子也是8個(gè)，帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子相互吸引，形成了原子。原子核的正電荷和電子的負(fù)電荷相等，所以整個(gè)原子是不帶電的。在化學(xué)反應(yīng)中，原子核不發(fā)生變化，只是核外的部分電子發(fā)生變化。

元素符號(hào)

朋友見面要握手，表示友好。這是全世界通用的一種“符號(hào)”。同人類表示友好有“符號(hào)”一樣，化學(xué)也有自己的符號(hào)，它是化學(xué)世界的共同語言。我們初次接觸化學(xué)，內(nèi)容復(fù)雜，術(shù)語繁多，讓人理不出個(gè)頭緒。有了化學(xué)符號(hào)，掌握其中的規(guī)律，化學(xué)就變得有章可循，學(xué)習(xí)就容易了。

在古代，全世界是沒有統(tǒng)一的化學(xué)符號(hào)的。那時(shí)候的煉金家們，各人用自己的符號(hào)來表示化學(xué)物質(zhì)。例如，用中間有一點(diǎn)的圓代表金，圓圈中有一橫的代表鹽，圓圈中有一豎的代表硝石，用十字架代表醋等。隨著化學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì)增多了，用以表示物質(zhì)的符號(hào)也就越來越多。甚至同種物質(zhì)，也有幾十乃至上百個(gè)符號(hào)。這嚴(yán)重地阻礙了化學(xué)的發(fā)展。

1860年，世界上制訂了統(tǒng)一的化學(xué)元素符號(hào)，使全國科學(xué)工作者之間有共同的、統(tǒng)一的化學(xué)語言。

一個(gè)元素的化學(xué)符號(hào)，好像英語中的字母。英語共有26個(gè)字母，而化學(xué)元素符號(hào)目前有百余個(gè)。不過，元素符號(hào)由一個(gè)或兩個(gè)以上字母構(gòu)成，第一個(gè)字母大寫，第二個(gè)字母起小寫。元素符號(hào)有三個(gè)意義：一是代表一種元素；二是代表這個(gè)元素的一個(gè)原子；三是代表一摩爾原子的該元素。例如，化學(xué)符號(hào)Ca代表元素鈣、一個(gè)鈣原子或者代表一摩爾鈣原子。

化學(xué)元素符號(hào)，用這個(gè)元素的拉丁文開頭字母表示。有些化學(xué)元素的拉丁文開頭字母是相同的，就在開頭字母旁邊寫一個(gè)小寫字母，是這個(gè)元素拉丁文名的第二個(gè)字母，如鐵寫作Fe，銅寫作CU。如果元素的拉丁文名第一、第二個(gè)字母均相同，那么就用這個(gè)元素拉丁文名的第三個(gè)字母作為小寫字母。例如砷、銀、氬三種元素的拉丁文名，第一、第二字母都是“ar”，它們的符號(hào)分別寫作As、Ag、Ar。

分子式

化學(xué)家已發(fā)現(xiàn)109種元素，這些元素的原子，以不同的方式結(jié)合就產(chǎn)生各種各樣的分子。世上萬物都是由這些分子組成。例如，水是由水分子組成的，水分子是由一個(gè)氧原子和二個(gè)氫原子組成。如果用文字來表達(dá)物質(zhì)的組成，不但非常麻煩，而且各國文字不同，很難統(tǒng)一。

自從有了化學(xué)分子式，世界上就有了統(tǒng)一的化學(xué)詞匯，如水用H2O表示，就簡(jiǎn)單多了。

這種化學(xué)王國的統(tǒng)一詞匯，是許多年研究的成果。現(xiàn)在，我們可以方便地書寫物質(zhì)的分子式了。單質(zhì)的分子式，是在組成這種單質(zhì)的元素符號(hào)右下角標(biāo)上原子的個(gè)數(shù)。如氮?dú)狻狽2，氧氣——O2，銅——Cu。

假如是化合物，只要事先知道組成這個(gè)化合物一個(gè)分子中各原子的個(gè)數(shù)，然后依據(jù)正價(jià)原子在前，負(fù)價(jià)原子在后的原則，分別標(biāo)上數(shù)字即可。如，水分子為H2O，生石灰為CaO，鹽酸為HCL。

有了物質(zhì)的分子式，成千上萬種物質(zhì)，都可以簡(jiǎn)潔明了地表示出來，而且全世界通用，學(xué)習(xí)也更方便了。

化學(xué)方程式

化學(xué)家用元素符號(hào)代表元素，用元素符號(hào)的組合——分子式代表各種各樣的物質(zhì)。我們把元素符號(hào)和分子式，分別比作英語中的字母和詞匯。這比較清晰地表達(dá)了元素符號(hào)和分子式之間的關(guān)系。化學(xué)家正是依照這種思想，把分子式用適當(dāng)?shù)姆?hào)（+，＝）聯(lián)結(jié)而成的句子來表示物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)，這好像用詞匯組成的語句一樣。這樣的句子，化學(xué)家稱之為化學(xué)反應(yīng)方程式。

例如，水分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)，可用下述的化學(xué)反應(yīng)方程式來表達(dá)：

2H2O（液）＝2H2（氣）+O2（氣）這個(gè)化學(xué)方程式，如果用文字來表達(dá)，那就是：“2摩爾重36克的液態(tài)水分解生成2摩爾重4克的氫氣和1摩爾重32克的氧氣”，非常煩瑣難讀。因此，化學(xué)中所采用的化學(xué)方程式，與元素符號(hào)、分子式一樣非常簡(jiǎn)潔明了，而且全世界通用。

世界上的物質(zhì)千千萬萬，它們間的化學(xué)反應(yīng)多種多樣。如酒精的分子式為C2H6O，但這個(gè)分子式還可以表示另一種物質(zhì)——甲醚。因此，只用一個(gè)化學(xué)方程式還不能完全表達(dá)清楚，化學(xué)家采用一種以結(jié)構(gòu)式代替分子式表示的化學(xué)方程式。

再如，水的分解是吸熱反應(yīng)，而氫氣燃燒生成水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，這樣，上述的方程式又不能表示，于是化學(xué)家就改用一種熱化學(xué)方程式來正確表達(dá)。

“摩爾”

我們買電池、襪子和肥皂等物品時(shí)，常常用“打”來計(jì)數(shù)。“打”是通常使用的數(shù)量單位，1打的數(shù)量是12。如一打電池就是12節(jié)。

在化學(xué)上，也有一個(gè)類似的數(shù)量單位，叫做摩爾，它是用來計(jì)量原子、分子等微粒的數(shù)量的，好比是化學(xué)家的“打”。不過，化學(xué)家所用的“打”，代表6.02×1023，即1摩爾等于6.02×1023個(gè)微觀粒子，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12。因?yàn)椋肿印⒃拥任⒘O其微小。例如，1克水中就約含有3.6×1022個(gè)水分子，1克炭中就有5.06×1022個(gè)碳原子。這是一個(gè)天文數(shù)字，書寫、記憶都很不方便。假如采用摩爾作計(jì)量單位，那么，就可以說，1克水中約含0.056摩爾的水分子；1克炭中約含有0.083摩爾碳原子。這就方便多了。

因?yàn)檫@個(gè)數(shù)字是一位叫阿伏伽德羅的科學(xué)家提出的，所以叫阿伏伽德羅常數(shù)。