分子和取代反应

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分子和取代反应之间的区别

分子 vs. 取代反应

分子（molecule）是一种构成物质的粒子，呈电中性、由两個或多個原子組成，原子之間因共價鍵而鍵結。能够單獨存在、保持物质的化學性質；由分子組成的物質叫分子化合物。 一個分子是由多個原子在共價鍵中通过共用電子連接一起而形成。它可以由相同的化學元素构成，如氧氣分子 O2；也可以由不同的元素构成，如水分子 H2O。若原子之間由非共價鍵的化學鍵（如離子鍵）所結合，一般不會視為是單一分子。 在不同的領域中，分子的定義也會有一點差異：在热力学中，构成物质的分子（如水分子）、原子（如碳原子）、离子（如氯离子）等在热力学上的表现性质都是一样的，因此，都统称为分子；在氣體動力論中，分子是指任何构成气体的粒子，此定義下，單原子的惰性氣體也可視為是分子。而在量子物理、有機化學及生物化學中，多原子的離子（如硫酸根）也可以視為是一個分子。 分子可根据其构成原子的数量（原子數）分为单原子分子，双原子分子等。 在氣体中，氫分子（H2）、氮分子（N2）、氧分子（O2）、氟分子（F2）和氯分子（Cl2）的原子數是2；固体元素中，黃磷（P4）原子數是4，硫（S8）的是8。所以，氬（Ar）是單原子的分子，氧氣（O2）是雙原子的，臭氧（O3）則是三原子的。 許多常見的有機物質都是由分子所組成的，海洋和大氣中大部份也是分子。但地球上主要的固體物質，包括地函、地殼及地核中雖也是由化學鍵鍵結，但不是由分子所構成。在離子晶體（像鹽）及共價晶體有反覆出現的晶体结构，但也無法找到分子。固態金屬是用金屬鍵鍵結，也有其晶体结构，但也不是由分子組成。玻璃中的原子之間依化學鍵鍵結，但是既沒有分子的存在，其中也沒有類似晶體反覆出現的晶体结構。. 取代反應（Substitution reaction）是一種重要的有機化學反應，其定義是分子中的一個原子或原子團被其他原子或原子團取代。而取代反應主要依照反應中所使用的試劑分為親核取代反應與親電取代反應兩大類，但也有不屬於前面兩種類型的取代反應，將會在下文提及。 有機的取代反應會依以下的特點，被歸類到若干個有機取代反應類別中：.

原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬於哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名（Atom）是從希臘語ἄτομος（atomos，“不可切分的”）轉化而來。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對於某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比，原子是一個極小的物體，其質量也很微小，以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子，例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化，即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級，或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候，中子也可以在不同能級之間跳躍，此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性，並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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共价键

共价键（Covalent Bond），是化学键的一种。两个或多个非金屬原子共同使用它们的外层电子(砷化鎵為例外)，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定和坚固的化学结构叫做共价键。与离子键不同的是进入共价键的原子向外不显示电荷，因为它们并没有获得或损失电子。共价键的强度比氢键要强，比离子键小。 同一種元素的原子或不同元素的原子都可以通過共​​價鍵結合，一般共價鍵結合的產物是分子，在少數情況下也可以形成晶體。 吉爾伯特·路易斯于1916年最先提出共价键。 在简单的原子轨道模型中进入共价键的原子互相提供单一的电子形成电子对，这些电子对围绕进入共价键的原子而属它们共有。 在量子力学中，最早的共价键形成的解释是由电子的复合而构成完整的轨道来解释的。第一个量子力学的共价键模型是1927年提出的，当时人们还只能计算最简单的共价键：氢气分子的共价键。今天的计算表明，当原子相互之间的距离非常近时，它们的电子轨道会互相之间相互作用而形成整个分子共用的电子轨道。.

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質子

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自由基

自由基（英語：Free Radical），又称游离基，是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。在书写时，一般在原子符号或者原子团符号旁边加上一个“·”表示没有成对的电子。如氢自由基（H·，即氢原子）、氯自由基（Cl·，即氯原子）、(OH·)，甲基自由基（CH3·）和四甲基哌啶氧自由基等。自由基极易发生反应（如二聚反应、夺氢反应、氧化反应、歧化反应等）。自由基可以是带正电荷，负电荷或者不带电荷。虽然金属以及它们的离子或者它们的络合物有不成对的电子，但按照常规习惯定义不算是自由基。 除了极个别情况， 大多数的未成对电子形成的自由基都具有较高的化学活性。 自由基反应在燃烧、大气化学、聚合反应、等离子体化学、生物化学和其他各种化学学科中扮演很重要的角色。在化学生物学当中，过氧化物和一氧化氮调节着许多生物过程比如控制血管张力。这样的自由基可以作为一种称为氧化还原信号当中的信使。自由基可被溶剂笼包围。.

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氢

氫是一種化學元素，其化學符號為H，原子序為1。氫的原子量為，是元素週期表中最輕的元素。單原子氫（H）是宇宙中最常見的化學物質，佔重子總質量的75%。等離子態的氫是主序星的主要成份。氫的最常見同位素是「氕」（此名稱甚少使用，符號為1H），含1個質子，不含中子；天然氫還含極少量的同位素「氘」（2H），含1個質子和1個中子。 氫原子最早在宇宙復合階段出現並遍佈全宇宙。在標準溫度和壓力之下，氫形成雙原子分子（分子式為H2），呈無色、無臭、無味非金屬氣體，不具毒性，高度易燃。氫很容易和大部份非金屬元素形成共價鍵，所以地球上大部份的氫都以分子的形態存在，比如水和有機化合物等。氫在酸鹼反應中尤其重要，因為在這類反應中各種分子須互相交換質子。在離子化合物中，氫原子可以獲得一個電子成為氫陰離子（H−），或失去一個電子成為氫陽離子（H+）。雖然在一般寫法中，氫陽離子就是質子，但在實際化合物中，氫陽離子的實際結構是更為複雜的。氫原子是唯一一個有薛定諤方程式解析解的原子，所以對氫原子模型的研究在量子力學的發展過程中起到了關鍵的作用。 16世紀，人們通過混合金屬和強酸，首次製備出氫氣。1766至1781年，亨利·卡文迪什第一次發現氫氣是一種獨立的物質，燃燒後會產生水。安東萬-羅倫·德·拉瓦節根據這一性質，將其命名為「Hydrogen」，在希臘文中意為「生成水的物質」。19世纪50年代，英国医生合信编写《博物新编》（1855年）时，把元素名翻译为“轻气”，成為今天中文「氫」字的來源。 氫氣的工業生產主要使用天然氣的蒸汽重整過程，或通過能源消耗更高的水電解反應。大部份的氫氣都在生產地點直接使用，主要應用包括化石燃料處理（如裂化反應）和氨生產（一般用於化肥工業）。在冶金學上，氫氣會對許多金屬造成氫脆現象，使運輸管和儲存罐的設計更加複雜。.

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氯

氯是一种卤族化学元素，化学符号為Cl，原子序数為17。.

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有机化学

有机化学是研究有机化合物及有機物質的结构、性质、反應的学科，是化学中极重要的一个分支。有机化学研究的對象是以不同形式包含碳原子的物質 ，又称为碳化合物的化学。 有關有机化合物或有機物質結構的研究包括用光譜、核磁共振、红外光谱、紫外光谱、质谱或其他物理或化學方式來確認其組成的元素、組成方式、實驗式及化學式。有關性質的研究包括其物理性質及化學性質，也需評估其，目的是要了解有機物質在其純物質形式（若是可能的話），以及在溶液中或是混合物中的性質。有機反應的研究包括有機物質的製備（可能是有機合成或是其他方式），以及其化學反應，可能是在實驗室中的，或是In silico（經由電腦模擬的）。 有机化学研究的範圍包括碳氫化合物，也就是只由碳和氫組成的化合物，化合物中也有可能还会参与其他的元素，包括氢、 氮、氧和卤素，还有诸如磷、硅、硫等元素。 。有机化学和許多相關領域有重疊，包括药物化学、生物化学、有机金属化学、高分子化学以及材料科学等。 有机化合物之所以引起研究者浓厚的兴趣，是因为碳原子可以形成稳定的长碳链或碳环以及许许多多种的官能基，这种性质造就有机化合物的多样性。有機化合物是所有碳基生物的基礎。有機化合物的應用範圍很廣，包括醫學、塑膠、藥物、、食物、化妆品、护理用品、炸藥及塗料等。.

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