化学的方法
化学在很大程度上是一个累积科学。随着时间的数量和程度上观察和研究的现象增加。并不是所有的假设然而和发现忍受质疑。其中一些被丢弃新观测或更令人满意的解释。尽管如此,化学有一个广泛的解释性模型对于化学现象,忍受,随时间延长。这些现在的状态理论,相互关联的解释设备关联与观察到的现象。随着新发现,他们尽可能的纳入现有的理论。然而,随着1986年高温超导体的发现说明,接受理论是从来没有足以预测未来的发现。意外的惊喜或发现机会,将继续扮演一个角色在未来将复杂性理论的研究而闻名。
分子结构的研究
一种物质的化学性质是其结构的函数,和现在的x射线晶体学技术使化学家来确定精确的复杂分子的原子排列。一个分子是原子的有序组装。每一个原子在一个分子连接到一个或多个邻近原子的化学键。债券的长度和角度相邻债券都是重要的在描述分子结构,全面的理论化学成键是现代化学的主要成就之一。结合基础理论是atomic-molecular概念。
原子和元素
普通化学而言,原子是由三个基本粒子:质子、中子电子。虽然质子和中子本身就是由更小的单位,他们的子结构对化学转换影响不大。就像在前面的部分中解释的那样,+ 1的质子带有电荷,原子核中的质子数区分一种化学原子从另一个。最简单的原子,氢,由一个质子的原子核。中子质子质量几乎相同,但它没有。中子与质子都包含氢以外的所有原子的原子核。原子的原子核中与一个质子和一个中子氘。因为它只有一个质子,氘展品氢气,但一样的化学性质有不同的质量。氢和氘原子相关的例子被称为同位素。第三次原子粒子,电子,负责1,但是它的质量是小于一个质子的1836倍。原子核外的电子占据的区域称为一个轨道。一些轨道中心与核球。因为电子有这么小的质量和移动速度的一半光,他们表现出相同的波粒二象性作为光子。这意味着电子的一些属性是最好的被考虑到电子是粒子,而其他属性的行为是一致的驻波。的能源驻波,如振动弦,分布在该地区的空间定义的两个固定的结束和上下极端的振动。这样一个波在固定区域的空间并不存在一个粒子。早期的原子结构模型设想电子绕着原子核粒子,但现在电子轨道解释为空间的区域被驻波称为波函数。这些波函数表示的原子核周围区域的空间找到一个电子的概率很高。他们扮演着重要的角色在成键理论,将在稍后讨论。
每个质子的原子核都需要一个电子电气中立。因此,随着原子核中的质子数的增加,电子的数量也存在这样的问题。单独或成对,电子占据轨道与原子核的距离越来越遥远。电子远离原子核是由原子核中的质子吸引了那么强烈的,他们可以从原子更容易被删除。移动一个电子所需要的能量从一个轨道到另一个,或者从一个轨道到自由空间,给出了衡量能量水平的轨道。这些能量被发现有不同,固定值;他们是量子化的。轨道之间的能量差异导致光吸收或发射的特征模式是独特的化学原子。
一个新的化学原子是一个element-results每次另一个质子被添加到一个原子核。连续的质子生成的元素存在宇宙。化合物当两个或两个以上的不同的元素结合形成通过原子成键。这种债券形成电子配对的结果构成所有结构化学的基础。
离子和共价键
当两个不同原子方法,外层的电子轨道可以以两种截然不同的方式做出反应。最外层的电子原子轨道原子可能完全转移到外部但稳定的原子轨道b .带电原子的结果+和B- - - - - -、被称为离子静电力吸引他们之间产生了所谓的一个离子键。大多数元素可以形成离子键,结果普遍存在的物质正负离子的三维数组。离子化合物经常结晶固体,熔点高(例如,食盐)。
第二种方法的两个外层电子的原子A和B可以应对方法A和B的配对形成共价键。在简单的视图称为价电子成键模型,电子被严格的粒子,这两个电子配对假定隔两个原子核和共享同样的原子A和B,导致一个共价键。原子由一个或多个共价键连接在一起构成分子。氢气体由氢分子,由两个氢原子由共价键连接起来。符号H2氢气被称为一个分子式。分子公式显示的数量和类型的原子组成的分子。分子H2负责相关的属性一般氢气。大多数物质在地球上有共价键分子作为基本化学单元及其分子性质是完全不同的组成元素。的物理和化学性质二氧化碳例如,截然不同于纯碳和纯氧气。
共价键的解释作为一个本地化的电子对是一个简化了的成键情况。结合的更全面的描述,考虑电子的波动性分子轨道理论。根据这一理论,电子在分子,而不是局部原子间,分布在分子中所有原子在空间分布所描述的一个分子轨道。这种轨道成键原子的原子轨道结合彼此。分子轨道在一个分子的总数等于原子轨道的总和组成原子键之前。因此,对于A和B原子的简单组合形成分子AB,两个原子轨道组合生成两个分子轨道。其中之一,所谓的成键分子轨道,代表一个地区的空间包络的a和B原子,而另一方面,反键分子轨道,有两个叶,既不占用两个原子之间的空间。成键分子轨道能级较低比是两个原子轨道,而反键轨道是在更高的能量水平。两个配对的电子,构成了共价键A和B之间成键分子轨道。出于这个原因,有一个高概率的a和B之间的电子,但他们可以找到其他地方的轨道。因为只有两个电子参与债券形成和都能适应低能量轨道的反键轨道仍然无人居住的。这个理论结合的预测,结合A和B之间会发生因为焊接后成对电子的能量小于两个电子的原子轨道之前。共价键的形成从而大力支持。 The system goes from a state of higher energy to one of lower energy.
这结合图片的另一个特点是它能够预测移动一个电子所需要的能量从成键分子轨道的反键。这样一个电子所需要的能量激发可以由可见光,例如,吸收光的波长决定所显示的颜色吸收分子(例如,紫罗兰是蓝色的,因为花的色素吸收的红色光线自然光线和反射更多的蓝色)。随着分子的原子数量的增加,分子轨道的数量也存在这样的问题。大分子的分子轨道计算数学困难,但电脑有可能确定波方程数大分子。分子性质的预测计算关联很好地与实验结果。