元素, 原子, 粒子, 分子, 氣體, 固體, 液體是什麼一回事?

化學裡面一連串名字, 究竟點樣分清楚, 不會混淆?
化學常常混淆的名稱一一拆解

水和水蒸氣都是同一化學物質的兩種不同形式。
化學物質是一種具有明確化學成分的材料。這個概念建立於18世紀晚期,是由化學家普勞斯特(Joseph Proust)確定某個純化合物的構成(譬如碳酸銅的基本組成)之後得到的。他推論:”一種化合物無論如何製得,其組成的元素間都有一定的質量比”。這就是”定組成定律”。後來隨著化學合成技術的成長(特別是有機化學)和在分析化學領域中發現許多新的化學元素和新的技術(用來從化學物質中分離和純化元素和化合物),建立現代化學,現在可從許多化學課本中發現這個定義。但是,關於這個定義仍有一些爭論,主要因為在化學文獻中有很多的化學物質仍須被確定。
化學物質最常見的例子是純水;不管從河流或實驗製造出的水,它有同樣物性和相同的氫氧比例。如果不用化學反應,則無法將純物質分解成其它的物質,而在自然中很少有純物質存在。一些常見的純物質如鑽石、黃金、鹽(氯化鈉)和糖(蔗糖) 。通常,化學物質以三種狀態存在-固相、液相或氣相,可利用改變溫度或壓力改變物質的相態。
註:相的定義:物質以一種均勻狀態存在(各部分的組成和密度均相同)成為相(phase)

定義(Defining)
化學物質(有時也被稱為純物質) 在多數化學教科書中經常被定義為具有一定的化學成分,根據這個定義化學物質可能是純化學元素或純化合物。但是,這個定義—一種純物質有一定的組成及一定的性質的物質的形式—有例外,在CAS 出版的化學物質索引中有許多不確定的成分。特別是無機化學中的非計量化合物(Nonstoichiometric compounds)是違反定組成定律,因它有時很難清楚的從混合物和化合物中劃分界線,例如鈀氫化物。

元素(Elements)
元素是僅由一種原子所組成,無法經由化學反應再分割或變換成一個另外元素的化學物質,雖然元素可經由核反應轉換成另外一種元素。也因為如此,同一元素的所有原子雖具有相同質子數,但它們可能是具有不同的中子數的同位素(isotopes)。
目前已知的元素大約有120個,其中大約有80個可穩定存在,即它們不會進行放射性衰變成其它元素。然而由元素所組成的純物質之數量可超過120個,因為一些元素可能產生一種以上的化學物質(同素異形體allotropes),例如氧可產生氧氣和臭氧(ozone)。大多數元素被分類為金屬。這些是元素具有特性光澤(lustre),譬如鐵、銅和金。金屬具有良好的導電性和導熱性、延展性(malleable and ductile),在類金屬旁的元素(a dozen emements)中譬如碳、氮氣和氧氣為非金屬。非金屬缺乏如上面所述的金屬性質,他們並且有高的電負度(electronegativity)和傾向於形成負離子稱為陰離子。某些元素譬如矽有類似金屬和類似非金屬的性質,稱為類金屬(metalloids)。

化合物(Chemical compounds )
由兩種或兩種以上的元素經由化學反應所組成的物質稱為化合物。化合物的種類有分子或由不同的原子、分子、離子所組成的晶體。由碳原子和氫原子所形成的化合物稱為有機化合物,而其他的則稱為無機化合物。藉由碳和金屬之間的形成鍵結的化合物稱為有機金屬的化合物。
利用共用電子對形成的化合物稱為共價化合物。由異性電荷離子所組成的化合物稱為離子化合物或鹽。在有機化學中,同樣的組成和分子量可能有超過一個以上的化合物。通常這些叫做異構物。異構物通常有極大不同的化學性質,且可以分離,並不會自發地轉換成另外一個異構物。舉一個常見的例子:葡萄糖對果糖,前是醛,後者是酮,經由酵素或酸鹼催化劑可使之互相轉換。然而,另外一種互變異構物(tautomers),它會自發地發生異構化,無法分離出互變異構物的純物質。一個常見的例子是葡萄糖,其構成有開鏈和圓環兩種形式,我們無法製造純的開鏈式葡萄糖,因為葡萄糖會自發地合環成半縮醛(hemiacetal)形式。

純物質Vs混合物(Substances versus mixtures )
所有物質包括各種各樣的元素和化合物,但這些經常混合在一起。混合物包含超過一種以上的純物質,並且沒有固定的構成。原則上,混合物可用一些物理方法來純化分離出純物質。黃油、土壤和木頭是混合物常見的例子。
灰色鐵金屬和黃色硫磺是兩個化學元素,這兩者可一任何比率形成黃色灰色混合物。沒有發生任何化學反應,而此可定義為混合物,我們可利用物理方法來分離硫磺和鐵,譬如使用磁鐵從硫磺中吸引鐵。

相反的,如果鐵和硫磺在某一比率(56克(1 mol) 鐵對32克(1 mol)硫磺)加熱,則會發生一個化學反應並且產生一種新物質,硫化鐵,化學式FeS。而這個化合物有化學物質的所有性質,不是混合物。硫化鐵有它自己的物性,譬如熔點和可溶性,並且二個元素無法用物理方法分離;磁鐵無法恢復鐵,因為在化合物中沒有金屬鐵。

化學藥品VS化學物質(Chemicals versus Chemical substances)
化學物質(chemical substance)是專業化學家經常使用技術術語;化學藥品(chemicals)這個字則廣泛被應用在製藥產業、政府和社會中。化學藥品這個字包括許多化學物質的混合物,且經常發現應用在許多職業中,並且是最常用在人為或被處理的物質,譬如化工業的產品。

命名和索引(Naming and Indexing )
每個化學物質有一個或更多的系統命名,通常命名是根據IUPAC(國際純粹及應用化學聯合會International Union of Pure and Applied Chemistry) 規則來命名。是美國化學文摘社(CAS) 使用一個供選擇的系統。

許多化合物具有俗名、簡名,大部分都用系統命名。例如,常見的糖,葡萄糖系統命名為6-(羥甲基)噁烷-2,3,4,5-四醇(6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol)。天然物和配藥也常具有俗名,例如溫和的止痛藥拿百疼Naproxen為(S)-6-甲氧基-α-甲基-2-奈乙酸化合物((S)-6-methoxy-α-methyl-2-naphthaleneacetic acid)的俗名。

化學家頻繁地使用化學式或化合物的分子結構來表示化合物。全世界專業的化學家報告在科學文獻中,合成(或分離)出的化合物數量有逐漸增加的現象。利用已知的化學元素組成的化合物非常多。最後計算出來,大約有三千萬個已知的化合物。許多這些化合物的名字通常是很重要的,因此非常不容易準確地記住或索引。在文獻中很難找到它的規律。幾個國際組織像IUPAC 和美國化學文摘社(CAS) 有逐步的步驟使這樣任務更加容易。提供化學文獻的摘要服務部的CAS, 提供一個數字標識符,對每一個被報告了在化學文獻的各化學物質(例如化學學報和專利)給予不同的CAS編號(CAS registry number)。這資訊被編寫作為資料庫和普遍地為人所知如同化學物質索引。其它善於使用電腦的系統也開發了物質資訊,如:SMILES、國際化學認證(International Chemical Identifier)或InChI 。

化學常常混淆的名稱一一拆解
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分離、純化、描述特性和證明
(Isolation, purification, characterisation and identification)

通常一種純物質需要從一個混合物{例如從一個自然物質(樣品經常包含許多化學物質) 或在經過化學反應(通常是化學物質的混合物)後的物質}分離出來所需的步驟。