物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論中三組概念的比較

錢榮

概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認識，是在抽象概括的基礎(chǔ)上形成的，在學習化學的開始，我們就演示了膽礬研碎、水的沸騰、石灰石與鹽酸反應(yīng)等實驗，通過分析比較，拋棄表面現(xiàn)象，把握本質(zhì)特性，概括出物理變化和化學變化的概念.只有理解、掌握了化學概念，才能進一步系統(tǒng)地學習化學基礎(chǔ)知識和掌握基本技能，形成探究化學問題的能力，進而揭示化學變化的客觀規(guī)律.因此化學概念教學一直是化學教學研究的重要課題.

化學概念不是一成不變的，隨著科學技術(shù)的進步，人類對客觀世界的認識日益深入，使得化學概念的內(nèi)涵更加豐富，外延更加擴大，在學習的過程中，不斷出現(xiàn)相似的、相關(guān)的概念，為準確把握概念，常常需要用比較的方法，以下通過三組物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的概念，談?wù)劚容^的方法.

一、原子團、根、基、官能團

某些相關(guān)概念，在教材中分散出現(xiàn)，在教學中往往忽視它們的異同，例如原子團、根、基、官能團同是物質(zhì)分子的一部分，它們有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？

原子團是分子中相對穩(wěn)定的組成部分，原子團在許多化學反應(yīng)中作為一個整體，好像一個原子一樣，反應(yīng)前后保持不變.但應(yīng)注意原子團的穩(wěn)定性是相對的，并非在任何時候都保持不變.

根是帶電的原子團，所以也可以說根是由多個原子構(gòu)成的復(fù)雜離子，如銨根（NH+4）、氫氧根（OH-）、硫酸根（SO2-4）等，根是堿和鹽等離子化合物的組成部分，也是酸的電離產(chǎn)物，在常溫下，大都比較穩(wěn)定.

基是有機分子的一部分，是不帶電的原子團，在光或高溫等外界條件下，有機分子中的某些共價鍵發(fā)生均裂，可以產(chǎn)生自由基，如CH3∶CH3高溫·CH3+·CH3，因為自由基帶有不成對電子，所以不穩(wěn)定，在很短的時間內(nèi)又會重新結(jié)合.可見原子組成相同的氫氧根（OH-）和羥基（-OH）是兩種不同的原子團，前者帶有一個單位的負電荷，后者呈電中性，它們在化合物中所表現(xiàn)的性質(zhì)也不同.

官能團是決定有機物化學特性的原子團（有時也可以是單個原子）.顯然官能團是基不是根.乙醇分子由乙基（-C2H5）和羥基（-OH）構(gòu)成，羥基是官能團.對官能團決定化合物特性應(yīng)全面理解，分子中的原子或原子團是互相影響的，如醇和酚同含羥基，但性質(zhì)卻有明顯差異.原子團、根、基、官能團之間具有隸屬關(guān)系，可用圖示的方法表示：

二、離子鍵、共價鍵

具有隸屬關(guān)系的概念，如物質(zhì)的分類、化學反應(yīng)的類型等均可用上述圖示法進行比較，但對于呈并列關(guān)系的概念則更適合采用列表的方法.例如化學鍵包括離子鍵和共價鍵，二者呈并列關(guān)系，可列出表1.

三、化學鍵、氫鍵、分子間作用力

還有一些概念間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，“你中有我，我中有你”，或呈對立統(tǒng)一關(guān)系，對于這些概念宜運用辯證的觀點，深入比較異同，找出聯(lián)系，并將結(jié)果用歸納要點的方法進行表述，以便加深理解和強化記憶.

化學鍵是相鄰的兩個或多個原子之間強烈的相互作用.強烈與微弱是相對的，也是模糊的，那么這種相互作用要強到什么程度才算是化學鍵呢？一般來說，要強到能夠把原子結(jié)合成新的物質(zhì)，如果是通過共價鍵形成分子，這種作用要達到120 kJ·mol-1，否則不能把相鄰的原子結(jié)合成分子，換句話說，要斷開1 mol共價鍵至少需要提供120 kJ的能量.化學鍵存在于兩個相鄰原子之間很好理解，如普通的σ鍵和π鍵，但存在于多個原子之間就不易理解了.概念有待于深化，當學習過臭氧、1，3-丁二烯及苯的結(jié)構(gòu)時就清楚了.掃描隧道顯微鏡獲得的苯分子的圖像，可以幫助我們理解大π鍵的形成.

分子間作用力（范德華力）主要包括極性分子偶極之間的取向力和極性分子與非極性分子間的誘導(dǎo)力以及非極性分子的瞬間偶極間相互作用產(chǎn)生的力，因表示這種力的數(shù)學公式與物理學光的色散公式相似，被稱為色散力.分子間的作用力能量很小，通常比化學鍵要小1～2個數(shù)量級，分子間作用力的范圍很小，平均距離只有幾百皮米，相當于液態(tài)物質(zhì)粒子間的距離，當物質(zhì)處于氣態(tài)時，這種作用力幾乎消失.

在某些含氫的化合物分子間（或分子內(nèi)）還存在一種特殊的作用——氫鍵.以水為例，H和O之間的鍵極性強，電子云強烈偏向氧原子一方，使氫原子成為幾乎裸露的原子核，以致當另一水分子的氧原子以其孤對電子向氫原子靠近時，產(chǎn)生偶極之間的靜電力，這種力一般比分子間作用力強，因此水的沸點比同族其他元素氫化物的沸點要高很多.氫鍵可表示為X-H…Y（X與Y可以相同），分子中的X和Y的電負性必須較大且半徑較小，滿足條件的X、Y只有第2周期的N、O、F三種元素.水合物的形成就是氫鍵在起作用.氫鍵的存在意義非凡，在蛋白質(zhì)分子中，肽鍵中的和-NH2可形成氫鍵，使蛋白質(zhì)保持一定的空間結(jié)構(gòu)，沒有氫鍵，酶將失去活性，DNA中的雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠堿基通過氫鍵維系的，沒有氫鍵，DNA也將失去遺傳功能.

通過以上討論，我們可以歸納出以下要點：

1.化學鍵是把原子（或離子）維系在一起的，構(gòu)成新物質(zhì)的強烈的相互作用.

2.分子間作用力是把分子結(jié)合在一起的，使物質(zhì)處于液態(tài)或固態(tài)，但沒有構(gòu)成新物質(zhì)的微弱的相互作用.

3.氫鍵是一種只存在于氫原子與O、N、F之間的可以構(gòu)成新物質(zhì)（如結(jié)晶水合物、氨合物）但又結(jié)合不牢固的介于化學鍵和分子間作用力之間的弱相互作用.

4.化學鍵、氫鍵、分子間作用力本質(zhì)上都是靜電作用，并且是吸引與排斥的對立統(tǒng)一.