术语表
化学术语,讲得明白。
由 Cheemly 化学团队撰写的简短准确定义,并链接到指南、免费工具和专题页面,方便深入学习。
化学计量与溶液18
- 阿伏伽德罗常数
- 每摩尔所含基本单元数,N_A = 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹。自 2019 年 SI 修订起,该值为精确值,并用来定义摩尔。
- 产率
- 实际产量除以理论产量再乘以 100。它衡量得到了多少可能的产物,而不衡量纯度。打开专题页面
- 单同位素质量
- 只由各元素丰度最高的同位素构成的分子质量。高分辨质谱比对的就是这个值,它与平均摩尔质量略有不同。试用免费工具
- 滴定
- 向待测物中加入已知浓度的溶液,直到反应恰好完全,以此求出未知量的方法;终点由指示剂或仪器判断。
- 分子式
- 一个分子中各类原子的实际数目,例如阿司匹林为 C9H8O4。它是实验式的整数倍。试用免费工具
- 化学计量
- 配平方程式中反应物与产物之间的定量关系。系数给出物质的量之比,再通过摩尔质量换算为质量。打开专题页面
- 化学计量点
- 滴定中加入的滴定剂按反应计量关系恰好与待测物相当的那一点。终点是实际观察到的位置;好的方法让两者尽量接近。
- 基准物质
- 纯度高、性质稳定、不吸湿,可直接称量配制准确浓度溶液的物质,例如用于标定碱的邻苯二甲酸氢钾。
- 理论产量
- 假设限量试剂按配平方程式完全反应、没有损失和副反应时,预期得到的产物量。打开专题页面
- 摩尔
- 物质的量的 SI 单位。1 摩尔恰好包含 6.02214076 × 10²³ 个指定的基本单元(原子、分子、离子或电子),因此可以通过称量来"数"粒子。打开专题页面
- 摩尔质量
- 1 摩尔物质的质量,单位 g/mol。由标准原子量计算,并把质量与物质的量联系起来:n = m / M。试用免费工具
- 实验式(最简式)
- 化合物中原子的最简整数比,通常由元素分析得到。葡萄糖(C6H12O6)和甲醛(CH2O)的实验式都是 CH2O。
- 物质的量浓度
- 每升溶液中溶质的物质的量,c = n / V,单位 mol/L(M)。由于体积随温度变化,它也会略有变化。试用免费工具
- 稀释
- 加入溶剂以降低浓度。溶质的物质的量不变,因此由 C₁V₁ = C₂V₂ 可求所需储备液体积。试用免费工具
- 限量试剂
- 最先耗尽、因而决定产物最大量的反应物。把每种反应物的物质的量除以其系数,数值最小者即为限量试剂。打开专题页面
- 原子经济性
- 目标产物的摩尔质量除以配平方程式中全部反应物的总摩尔质量,再乘以 100。它与产率无关,表示反应物原子最多有多少能进入产物。
- 质量摩尔浓度
- 每千克溶剂中溶质的物质的量,单位 mol/kg。它与温度无关,因此依数性计算中使用它。
- E 因子
- 每单位质量产物所产生的废物质量。数值越低越绿色;溶剂、试剂和副产物除非回收,都计为废物。
酸、碱与化学平衡15
- 布朗斯特酸
- 给出质子(H⁺)的物种。布朗斯特碱接受质子,因此每个酸碱反应都是两对共轭酸碱之间的质子转移。
- 等电点(pI)
- 氨基酸或蛋白质等分子净电荷为零时的 pH。此时溶解度通常最低,纯化中常利用这一点。
- 共轭碱
- 酸失去一个质子后剩下的物种:乙酸根是乙酸的共轭碱。酸越强,其共轭碱越弱。
- 缓冲容量
- 缓冲液每改变一个 pH 单位所能吸收的强酸或强碱的量。它随缓冲剂总浓度增大,并在 pH 接近 pKa 时最大。
- 缓冲溶液
- 由弱酸及其共轭碱(或弱碱及其共轭酸)组成,在加入少量酸或碱时能抵抗 pH 变化的溶液。试用免费工具
- 勒夏特列原理
- 处于平衡的体系受到扰动时,会向部分抵消该变化的方向移动,例如消耗加入的反应物。只有温度变化会改变 K 本身。
- 离子强度
- I = ½ Σ cᵢzᵢ²,衡量溶液中电荷总浓度。离子强度越高,活度系数越低,基于浓度的方程就越不准确。
- 两性
- 既能作为酸也能作为碱。水、氨基酸和氢氧化铝是常见例子。
- 路易斯酸
- 电子对接受体,如 BF3、AlCl3 或金属阳离子。路易斯碱提供电子对。这一定义涵盖没有质子转移的反应。
- 平衡常数(K)
- 平衡时产物活度与反应物活度之比,各自以化学计量系数为幂。给定温度下它是定值,说明反应进行的程度,而不是速率。
- 溶度积(Ksp)
- 难溶盐溶解平衡的平衡常数,如 AgCl 的 Ksp = [Ag⁺][Cl⁻]。当离子积超过 Ksp 时产生沉淀。
- 酸解离常数(Ka)
- HA ⇌ H⁺ + A⁻ 的平衡常数,Ka = [H⁺][A⁻]/[HA]。它取决于温度和溶剂。
- Henderson–Hasselbalch 方程
- pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA])。它由碱/酸比值估算缓冲液 pH,在中等浓度、比值 0.1 到 10 之间时最可靠。试用免费工具
- pH
- 氢离子活度的以 10 为底的负对数,约等于 −log₁₀[H⁺]。每相差 1 个单位即相差 10 倍;25 °C 纯水的 pH 为 7。
- pKa
- 酸解离常数的负对数,pKa = −log₁₀ Ka。pKa 越小酸越强;当 pH = pKa 时,酸恰好解离一半。
热力学与动力学14
- 阿伦尼乌斯方程
- k = A·e^(−Ea/RT)。它把速率常数与温度联系起来;以 ln k 对 1/T 作图得到斜率为 −Ea/R 的直线。
- 半衰期
- 反应物浓度降至一半所需的时间。一级反应的半衰期为常数:t½ = ln 2 / k。
- 催化剂
- 通过提供较低能量的途径加快反应、并在反应结束时再生的物质。它改变速率,不改变平衡位置。
- 动力学控制与热力学控制
- 动力学控制下,生成最快的产物占优;热力学控制下(通常温度较高或时间较长、步骤可逆),最稳定的产物占优。
- 反应级数
- 速率方程中某一浓度的指数;总级数为所有指数之和。零级、一级和二级反应给出不同的浓度–时间曲线。
- 反应中间体
- 在某一步生成、在后续步骤中被消耗的物种,位于两个过渡态之间的能量极小处。碳正离子和烯醇负离子是常见例子。打开专题页面
- 盖斯定律
- 由于焓是状态函数,反应的焓变与途径无关。因此反应焓可以像方程式一样相加。
- 过渡态
- 反应步骤中能量最高的构型,化学键部分形成、部分断裂。它无法分离,寿命约为一次分子振动。打开专题页面
- 焓(H)
- 一种状态函数,其变化 ΔH 等于恒压下交换的热量。ΔH 为负表示反应放热。
- 活化能(Ea)
- 反应物转化为产物所必须越过的最低能垒。它决定反应快慢,而不决定反应程度。
- 吉布斯自由能(G)
- G = H − TS。恒温恒压下 ΔG < 0 的过程自发进行,ΔG° = −RT ln K 把它与平衡常数联系起来。
- 熵(S)
- 与体系可及的微观排布数目相关的状态函数。自发过程使体系与环境的总熵增加。
- 速率常数(k)
- 速率方程中的比例常数。它取决于温度和催化剂,与浓度无关,其单位取决于总级数。
- 速率方程
- 由实验确定的表达式,例如 速率 = k[A]^m[B]^n。级数 m 和 n 来自测量,而不是配平方程式。
有机化学与反应机理31
- 保护基
- 暂时掩蔽某一官能团、使其在分子其他部位反应时不受影响,随后再除去的修饰。它会增加步骤,因此路线设计尽量避免。
- 对映体
- 互为镜像但不能重合的两个立体异构体之一。对映体的大多数物理性质相同,但旋光方向相反,在生物体内的作用可能截然不同。
- 芳香性
- 平面、完全共轭且含 4n + 2 个 π 电子(休克尔规则)的环所具有的额外稳定性,如苯。芳香环倾向于发生取代而非加成。
- 非对映体
- 不互为镜像的立体异构体,例如顺/反烯烃,或含多个立体中心但只有部分构型不同的分子。它们的物理性质不同。
- 格氏试剂
- 有机卤化物与镁在无水乙醚中制得的有机卤化镁,R–MgX。它是碳亲核试剂和强碱,遇水即分解。
- 共振
- 用几个仅电子位置不同的路易斯结构来描述同一分子。真实结构是单一的共振杂化体;离域降低了其能量。
- 官能团
- 赋予分子特征反应性的特定原子团,如 –OH、C=O 或 –COOH。分子按官能团命名和分类。
- 合成子
- 切断产生的理想化片段,常带电荷。行为与之相当的真实试剂称为它的合成等价物。阅读指南
- 互变异构体
- 能快速相互转化的构造异构体,通常通过一个质子和一个双键的迁移实现。酮–烯醇互变是经典例子。
- 化学选择性
- 试剂在同一分子中优先与某一官能团反应,例如 NaBH4 还原酮而不影响酯。
- 离去基团
- 在取代或消除反应中带着成键电子对离开的原子或基团。好的离去基团是弱碱,如碘离子、溴离子或对甲苯磺酸根。打开专题页面
- 立体选择性
- 优先生成某一个立体异构体。对映选择性反应偏向一个对映体,非对映选择性反应偏向一个非对映体。
- 逆合成分析
- 从目标分子出发,一次一个切断,反向推导到更简单、可获得的起始原料的合成规划方法。阅读指南
- 羟醛反应
- 烯醇负离子(或烯醇)加成到醛或酮上,生成 β-羟基羰基化合物,形成新的 C–C 键。随后脱水得到 α,β-不饱和羰基化合物(羟醛缩合)。
- 切断
- 逆合成中假想的化学键断裂,用双线箭头(⇒)表示。每一次切断都应对应一个已知的正向反应。阅读指南
- 亲电芳香取代
- 芳环进攻亲电试剂,形成正离子中间体,再失去一个质子恢复芳香性。硝化、卤化和傅–克反应都遵循这一模式。打开专题页面
- 亲电试剂
- 缺电子物种,从亲核试剂接受电子对。羰基碳、碳正离子和卤代烷都可作为亲电试剂。打开专题页面
- 亲核试剂
- 富电子物种,提供电子对与缺电子原子形成新键。氢氧根、氰根、胺和烯醇负离子都是典型的亲核试剂。打开专题页面
- 亲核酰基取代
- 亲核试剂加成到带有离去基团的羰基碳上,形成四面体中间体,中间体塌陷并排出离去基团。酯、酰胺和酰氯就是这样相互转化的。打开专题页面
- 区域选择性
- 在多个可能位置中优先在某一位置成键,例如马氏加成或邻/对位取代。
- 手性
- 分子与其镜像不能重合的性质,就像左手和右手。最常见的来源是连有四个不同取代基的碳原子。
- 碳正离子
- 只有六个价电子、带正电荷的碳。稳定性从甲基到叔碳递增,并因共振而增强;碳正离子可通过氢负离子或烷基迁移发生重排。打开专题页面
- 外消旋体
- 两种对映体的 1:1 混合物。它没有净旋光性,没有手性因素参与的反应通常得到外消旋体。
- 弯箭头
- 表示反应机理中电子对移动的符号。箭头从电子所在处(孤对电子或化学键)出发,指向电子的去处;单钩箭头表示移动一个电子。打开专题页面
- 诱导效应
- 电负性或电正性取代基通过 σ 键传递的极化作用。它随距离迅速减弱,有助于解释酸性和碳正离子稳定性的变化趋势。
- CIP 规则(R/S)
- 按原子序数给取代基排序,以确定立体中心为 R 或 S 的规则。最低优先级基团朝后时,1→2→3 顺时针为 R,逆时针为 S。
- E/Z 异构
- 双键上的几何异构。按 CIP 优先级给每个碳上的两个基团排序:高优先级基团在同侧为 Z,在异侧为 E。
- E1 反应
- 经碳正离子进行的单分子消除,随后失去相邻质子生成烯烃。它与 SN1 竞争,通常生成取代度更高的烯烃。打开专题页面
- E2 反应
- 一步完成的双分子消除:碱夺去与离去基团处于反式共平面的质子,同时形成双键。强碱、大位阻碱有利于此反应。打开专题页面
- SN1 反应
- 单分子亲核取代:离去基团先离开生成碳正离子,随后亲核试剂进攻。叔碳底物和极性质子溶剂有利于此反应;立体化学通常被打乱。打开专题页面
- SN2 反应
- 一步协同完成的双分子亲核取代:亲核试剂从背面进攻,同时离去基团离开,构型翻转。甲基和伯碳底物反应最快。打开专题页面
波谱与分析18
- 波数
- 每厘米的波数,单位 cm⁻¹,用作红外光谱的横坐标。它与能量成正比:波数越高,振动能量越高。
- 不饱和度
- 环数与 π 键数之和,由分子式计算:(2C + 2 + N − H − X) / 2。苯 C6H6 的不饱和度为 4:一个环和三个双键。打开专题页面
- 氘代溶剂
- 氢被氘取代的溶剂,如 CDCl3 或 DMSO-d6,以免掩盖 ¹H 谱。其微小的残留峰常用作参比。
- 分子离子
- 由完整分子形成的离子,电子电离中为 M⁺•,软电离中为 [M+H]⁺。其 m/z 给出分子质量。打开专题页面
- 核磁共振波谱
- 核磁共振测量 ¹H、¹³C 等原子核在强磁场中如何吸收射频。化学位移、耦合和积分揭示分子中原子的连接方式。打开专题页面
- 红外光谱
- 红外光谱测量化学键振动引起的吸收。它最适合鉴定官能团,例如 1700 cm⁻¹ 附近强的 C=O 伸缩振动。
- 化学位移(δ)
- NMR 信号相对于 TMS 等参比的位置,单位 ppm。吸电子的邻近基团使原子核去屏蔽,信号移向较高的 δ。
- 积分(NMR)
- ¹H NMR 信号下的面积,与该信号代表的质子数成正比。积分给出的是比例,而不是绝对数目。打开专题页面
- 检出限(LOD)
- 能与空白可靠区分的最低浓度,常估算为空白标准偏差的 3.3 倍除以校准曲线斜率。
- 朗伯–比尔定律
- A = εlc:吸光度与摩尔吸光系数、光程和浓度成正比。在仪器线性范围内的稀溶液中最为成立。
- 碎裂
- 分子离子在质谱仪中断裂为更小的离子。可预测的丢失,如 CH3 的 15 或 H2O 的 18,有助于推断结构。
- 同位素峰簇
- 由天然同位素产生的一组峰。氯给出约为 M 峰三分之一的 M+2 峰,溴给出高度几乎相等的 M 和 M+2 峰。
- 吸光度
- A = log₁₀(I₀/I),入射光与透射光强度之比的对数。无量纲;吸光度为 1 表示有 10% 的光透过。
- 校准曲线
- 仪器响应对已知标准浓度作图,用来读取未知样品的浓度。未知样品应落在校准范围之内。
- 指纹区
- 约 1500 cm⁻¹ 以下的红外区域,布满相互重叠的弯曲振动和骨架振动谱带。它反映整个分子的特征,用于与标准谱图比对。
- 质谱
- 使分子电离并按质荷比(m/z)分离离子的技术。它给出分子质量、(高分辨下的)分子式以及来自碎片的结构线索。打开专题页面
- 紫外–可见光谱
- 测量电子跃迁对紫外光和可见光的吸收,主要见于共轭体系和金属配合物。广泛用于定量分析。
- 自旋–自旋耦合
- 邻近原子核使 NMR 信号发生裂分,用耦合常数 J(Hz)表示。在简单的一级 ¹H 谱中,n 个等价邻近氢给出 n + 1 重峰。打开专题页面
化学信息学7
- 规范 SMILES
- 工具包为某一结构生成的唯一标准 SMILES 字符串,使同一分子的不同输入可以比较。不同工具包的规范形式并不相同。试用免费工具
- 键线式
- 碳原子位于线段端点和拐角、碳上的氢省略不画的结构式。这是有机化学家绘制结构的标准方式。试用免费工具
- CAS 登记号
- 美国化学文摘社分配的唯一数字标识,例如阿司匹林为 50-78-2。它标识一种物质,但不包含结构信息。
- InChI
- IUPAC 国际化学标识符:由标准算法生成的分层、非专有文本标识,同一结构总是得到同一个 InChI。
- InChIKey
- InChI 的 27 个字符定长哈希,专为网页和数据库检索设计。它不可逆,只能查询,不能解码。
- IUPAC 命名法
- 国际纯粹与应用化学联合会制定的系统命名规则。正确的系统名称只对应一个结构,因此软件可以解析它。阅读指南
- SMILES
- 简化分子线性输入规范:用一行文本编码分子,例如乙醇写作 CCO。支链写在括号里,数字用来闭合环。试用免费工具