一個(gè)分子式告訴我們兩件事:一是原子的種類;一是這些原子在化合物中的數(shù)目。例如,氯化鈣(CaCl2)這個(gè)分子式告訴我們:它由兩種原子——鈣和氯組成,而且是一個(gè)鈣原子和二個(gè)氯原子結(jié)合起來的。
如果把金屬鈉放到盛有氯氣的容器里,并且加熱,那么,容器里就會(huì)有氯化鈉生成。我們說這兩種物質(zhì)通過化合反應(yīng),“化合”成了一種新物質(zhì)。又如,氯和鐵反應(yīng)則生成氯化鐵?;瘜W(xué)家們發(fā)現(xiàn),不論在何種情況下,氯氣和鈉反應(yīng),產(chǎn)物總是氯化鈉(NaCl),而氯和鎂反應(yīng)生成的總是氯化鎂(MgCl2)。換句話說,一個(gè)氯原子只能和一個(gè)鈉原子結(jié)合,而二個(gè)氯原子オ能和一個(gè)鎂子化合。我們把一個(gè)原子能和其他原子相結(jié)合的數(shù)目,稱作它的“化合價(jià)”(原子價(jià))。化合價(jià)的單位是以氫原子的化合價(jià)為標(biāo)準(zhǔn),由于一個(gè)氫原子最多只能跟其他元素的一個(gè)原子化合,所以是一價(jià)。
元素的化合價(jià)還呈現(xiàn)正負(fù)性。我們規(guī)定氫為+1價(jià),那么,能與之結(jié)合的其他元素的化合價(jià)呈負(fù)價(jià)。由于一個(gè)氯原子只能與一個(gè)氫原子結(jié)合,所以氯呈-1價(jià)。依此類推,鈉呈+1價(jià),鐵呈+3價(jià)。
化合價(jià)還有這樣一個(gè)規(guī)則:甲、乙兩種元素化合而成的化合物里,甲元素的化合價(jià)總數(shù)必然和乙元素的化合價(jià)總數(shù)相等。以P2O5(五氧化二磷)為例,在這個(gè)分子里,磷的化合價(jià)×磷原子數(shù)=氧的化合價(jià)×氧原子數(shù)。弄清了這個(gè)關(guān)系,就可以根據(jù)元素的化合價(jià)來書寫化合物的分子式了。例如,已經(jīng)知道氧是-2價(jià),鋁是+3價(jià),要寫出氧化鋁的分子式Al2O3,就比較容易了。
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6.02×10(23次方),即1摩爾等于6.02×10(23次方)個(gè)微觀粒子,其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12。因?yàn)?,分子、原子等微粒極其微小。例如,1克水中就約含有3.6×10(22次方)個(gè)水分子,1克碳中就有5.0×10(22次方)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)字是一位名叫阿伏伽德羅的科學(xué)家提出的,所以叫做阿伏伽德羅常數(shù)。
用摩爾來表示物質(zhì)的量,也是十分方便的??茖W(xué)家測(cè)得1摩爾(一“打”)的碳原子(指碳-12)的質(zhì)量正好是12克。從這里推算出1摩爾其他原子的質(zhì)量也很簡(jiǎn)單。比如,1摩爾氫原子的質(zhì)量是1克;1摩爾鐵原子的質(zhì)量是55.85克;1摩爾氧原子是16克等等。這里我們還可以看出,1摩爾任何原子的質(zhì)量,其數(shù)值等于這種原子的原子量。計(jì)算分子的質(zhì)量、離子的質(zhì)量都一樣方便。所以我們也可以說,摩爾像一座橋梁,把單個(gè)的、肉眼看不見的微粒,同數(shù)量很大的微粒集體,以及可以稱量的物質(zhì)之間聯(lián)系起來了。用摩爾可以直接描述出化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間的數(shù)量關(guān)系。我們說1摩爾碳和1摩爾氧氣反應(yīng),生成1摩爾二氧化碳。