物质结构理论中三组概念的比较

钱荣

概念是人们对事物本质属性的认识，是在抽象概括的基础上形成的，在学习化学的开始，我们就演示了胆矾研碎、水的沸腾、石灰石与盐酸反应等实验，通过分析比较，抛弃表面现象，把握本质特性，概括出物理变化和化学变化的概念.只有理解、掌握了化学概念，才能进一步系统地学习化学基础知识和掌握基本技能，形成探究化学问题的能力，进而揭示化学变化的客观规律.因此化学概念教学一直是化学教学研究的重要课题.

化学概念不是一成不变的，随着科学技术的进步，人类对客观世界的认识日益深入，使得化学概念的内涵更加丰富，外延更加扩大，在学习的过程中，不断出现相似的、相关的概念，为准确把握概念，常常需要用比较的方法，以下通过三组物质结构中的概念，谈谈比较的方法.

一、原子团、根、基、官能团

某些相关概念，在教材中分散出现，在教学中往往忽视它们的异同，例如原子团、根、基、官能团同是物质分子的一部分，它们有什么区别和联系呢？

原子团是分子中相对稳定的组成部分，原子团在许多化学反应中作为一个整体，好像一个原子一样，反应前后保持不变.但应注意原子团的稳定性是相对的，并非在任何时候都保持不变.

根是带电的原子团，所以也可以说根是由多个原子构成的复杂离子，如铵根（NH+4）、氢氧根（OH-）、硫酸根（SO2-4）等，根是碱和盐等离子化合物的组成部分，也是酸的电离产物，在常温下，大都比较稳定.

基是有机分子的一部分，是不带电的原子团，在光或高温等外界条件下，有机分子中的某些共价键发生均裂，可以产生自由基，如CH3∶CH3高温·CH3+·CH3，因为自由基带有不成对电子，所以不稳定，在很短的时间内又会重新结合.可见原子组成相同的氢氧根（OH-）和羟基（-OH）是两种不同的原子团，前者带有一个单位的负电荷，后者呈电中性，它们在化合物中所表现的性质也不同.

官能团是决定有机物化学特性的原子团（有时也可以是单个原子）.显然官能团是基不是根.乙醇分子由乙基（-C2H5）和羟基（-OH）构成，羟基是官能团.对官能团决定化合物特性应全面理解，分子中的原子或原子团是互相影响的，如醇和酚同含羟基，但性质却有明显差异.原子团、根、基、官能团之间具有隶属关系，可用图示的方法表示：

二、离子键、共价键

具有隶属关系的概念，如物质的分类、化学反应的类型等均可用上述图示法进行比较，但对于呈并列关系的概念则更适合采用列表的方法.例如化学键包括离子键和共价键，二者呈并列关系，可列出表1.

三、化学键、氢键、分子间作用力

还有一些概念间的关系错综复杂，“你中有我，我中有你”，或呈对立统一关系，对于这些概念宜运用辩证的观点，深入比较异同，找出联系，并将结果用归纳要点的方法进行表述，以便加深理解和强化记忆.

化学键是相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用.强烈与微弱是相对的，也是模糊的，那么这种相互作用要强到什么程度才算是化学键呢？一般来说，要强到能够把原子结合成新的物质，如果是通过共价键形成分子，这种作用要达到120 kJ·mol-1，否则不能把相邻的原子结合成分子，换句话说，要断开1 mol共价键至少需要提供120 kJ的能量.化学键存在于两个相邻原子之间很好理解，如普通的σ键和π键，但存在于多个原子之间就不易理解了.概念有待于深化，当学习过臭氧、1，3-丁二烯及苯的结构时就清楚了.扫描隧道显微镜获得的苯分子的图像，可以帮助我们理解大π键的形成.

分子间作用力（范德华力）主要包括极性分子偶极之间的取向力和极性分子与非极性分子间的诱导力以及非极性分子的瞬间偶极间相互作用产生的力，因表示这种力的数学公式与物理学光的色散公式相似，被称为色散力.分子间的作用力能量很小，通常比化学键要小1～2个数量级，分子间作用力的范围很小，平均距离只有几百皮米，相当于液态物质粒子间的距离，当物质处于气态时，这种作用力几乎消失.

在某些含氢的化合物分子间（或分子内）还存在一种特殊的作用——氢键.以水为例，H和O之间的键极性强，电子云强烈偏向氧原子一方，使氢原子成为几乎裸露的原子核，以致当另一水分子的氧原子以其孤对电子向氢原子靠近时，产生偶极之间的静电力，这种力一般比分子间作用力强，因此水的沸点比同族其他元素氢化物的沸点要高很多.氢键可表示为X-H…Y（X与Y可以相同），分子中的X和Y的电负性必须较大且半径较小，满足条件的X、Y只有第2周期的N、O、F三种元素.水合物的形成就是氢键在起作用.氢键的存在意义非凡，在蛋白质分子中，肽键中的和-NH2可形成氢键，使蛋白质保持一定的空间结构，没有氢键，酶将失去活性，DNA中的双螺旋结构是靠碱基通过氢键维系的，没有氢键，DNA也将失去遗传功能.

通过以上讨论，我们可以归纳出以下要点：

1.化学键是把原子（或离子）维系在一起的，构成新物质的强烈的相互作用.

2.分子间作用力是把分子结合在一起的，使物质处于液态或固态，但没有构成新物质的微弱的相互作用.

3.氢键是一种只存在于氢原子与O、N、F之间的可以构成新物质（如结晶水合物、氨合物）但又结合不牢固的介于化学键和分子间作用力之间的弱相互作用.

4.化学键、氢键、分子间作用力本质上都是静电作用，并且是吸引与排斥的对立统一.