同分异构体与分子构造
所谓同分异构体，是指化学组成和化学成分相同，但是分子构造不同的物质。只要构成化合物的元素的种类和含量完全相同，而分子构造不相同，这样的物质就互为同分异构体。
分子构造，是指分子中原子之间相互联结的方式和次序，分子构造的研究是从同分异构体的出现开始的。
18世纪末，由于分析化学迅速发展，新的化合物不断被发现。那个时候，化学家们都认为，只要物质的化学组成相同，它们的性质就完全一样，也就是说，物质的性质完全取决于构成它的元素以及含量。然而到了19世纪20年代里，化学家们开始发现到一些物质，它们的化学组成相同，但是性质却不一样。例如金刚石和石墨都是碳单质，但是一个坚硬得能够刻划一切物质，另一个却非常柔软。对于当时的化学家们来说，这种现象是不可思议的，因为他们认为物质的性质只决定于它的组成，每一个物质有一固定的组成。现在，居然出现组成相同而性质各异的物质了。
首先发现同分异构现象的化学家是德国的李比希和维勒。1823年李比希通过实验制得雷酸银（AgOCN），并分析了它的组成，在该种物质中，氧化银占77．53％，氰占22．47％。而前一年里，他的同胞维勒所制得的氰酸银（AgOCN），所测得的成分是，氧化银占77．23％，氰占22．77％。二者组成成分几乎一致，但是性质完全不同，雷酸银非常容易爆炸，常被用来制造炸药，而氰酸银则不是这样。
这究竟是为什么呢？他们二人在共同研究分析所遇到的难题，却发现到一个更难解释的情况，原来，氰酸银不仅和雷酸银的化学组成完全相同，而且也和氰尿酸银的组成完全一致。面对这种奇怪的情况，李比希和维勒感到，原有的化学理论似乎需要修正，物质的性质并不只和它们的组成有关。
1828年，维勒试图利用氯化铵和氰酸银反应得到氰酸铵（NH4CNO），但是结果却生成尿素\[CO（NH2）2\]。经试验分析，在尿素中，氮、碳、氢、氧的百分含量和氰酸铵中对应元素的百分含量完全一致。可见，氰酸铵和尿素的化学组成完全相同，这又为物质的性质不只和组成有关这一观点提供了一个确实可靠的实例。
维勒的研究成果引起当时欧洲化学界权威人士，并且是维勒老师的瑞典化学家贝采利乌斯的注意。在维勒和李比希发现雷酸银和氰酸银是两种组成相同而性质各异的物质时，贝采利乌斯曾经认为这两个人中肯定有一个人的分析是错误的。但是，1830年，通过实验，贝采利乌斯自己也发现，酒石酸和葡萄酸也是两种组成相同，但是性质各异的两种物质。对于这种现象，1832年，贝采利乌斯在他主编的《物理化学进展年报》中发表文章，指出“它们由相同元素的相同数目的原子组成，但是它们的原子按不同的方式排列，因而具有不同的化学性质。”并提出将相同组成而不同性质的物质称为“同分异构体”。从此，同分异构作为一种化学理论，被越来越多的化学家所认识和接受。
同分异构体现象的发现开始了分子构造的研究。这种现象表明，物质分子的化学和物理性质不仅取决于组成分子的元素原子的种类和数目，而且还取决于原子的排列。同分异构理论的提出为有机化学的发展奠定了基础，因为在有机化学中，同分异构现象比比皆是，同一种化学组成的某个有机物，它的同分异构体可能有几种、几十种甚至成百种呢！
电子云
电子云是描述原子或分子中电子的概率密度在核外空间中分布的图像。原子由原子核和核外壳层电子组成，原子的质量集中于原子核的极小体积中，因此原子的壳层电子可在一个相当广阔的空间绕核运动，原子核带有Z个正电荷，那么Z个电子绕核运动，形成电子云，从量子力学观点看，由玻尔或索末菲用旧量子论假设的壳层电子运行的经典轨道只不过是电子在这些地方出现的几率较大而已，因此电子云是一种几率云，它们“模糊”地笼罩在原子核周围并“被弥散”在整个原子空间，成为云状。在电子的振动图案中，对应于一种振动的能量空间的每一点上的几率密度，代表电子在该点的或然率，在距离原子很远的地方，几率密度为零，这意味着非常不可能在那里找到电子，在非常邻近核的区域，电子出现的几率也为零，则说明电子无法到达此区域。
各电子层为何最多容纳电子数是2n2
电子在原子核外的运动状态是相当复杂的。1个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。科学实验还告诉我们，在1个原子里2个电子的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋完全相同是不可能的。这个原理叫泡利不相容原理。根据这个原理，可以知道每一轨道中只能容纳2个自旋相反的电子，并可进一步推算出每个电子层中最多可容纳的电子数。
每个电子层可能有的最多轨道数为n2，而每个轨道又只能容纳2个电子，因此，各电子层可能容纳的电子总数就是2n2。
金属性和非金属性
一般说来，元素的金属性强弱具体表现在：①单质的还原性强弱；②置换氢的能力强弱；③主族元素最高价氧化物水化物的碱性强弱。其实质是原子失电子能力的强弱。金属性强弱和金属活动性强弱既有区别，又有联系。金属活动性强弱是金属原子在水溶液中失电子形成水合阳离子能力的强弱。一般来说金属性强的元素，金属活动性也强，但金属活动性强的，元素金属性不一定强。因为金属性的强弱要从三个方面综合地看，而金属活动性只是根据金属原子在水溶液中失电子形成水合离子能力强弱来区分。因此不能认为金属活动性强的金属，金属性也一定强。例如，铝是活动性强的金属，铝原子在水溶液中易失电子转化成水合铝离子，但氢氧化铝显两性，就不能认为它的金属性强。
一般来说，非金属性的强弱具体表现在：①单质的氧化性强弱；②结合氢的能力强弱和氢化物稳定性强弱，元素的非金属性越强，单质结合氢的能力越强，氢化物越稳定，反之，非金属性越弱，单质结合氢的能力越弱，氢化物越不稳定，氢化物还原性越强；③最高价氧化物水化物的酸性强弱，其实质是原子的得电子能力强弱。同样的元素非金属性和非金属单质的活动性既有区别也有联系。多数情况下非金属性和非金属活动性是一致的，但也有不一致的。如氮和磷相比，氮元素的非金属性比磷的非金属性强，但氮气的活动性不如磷的活动性强。而且要注意的是：非金属性最强的元素为氟元素，但氟元素没有正化合价，它没有最高价氧化物，也没有对应水化物。
两性氧化物
两性氧化物：难溶于水，但可溶于强酸（如HCl），又可溶于强碱（如NaOH）。两性氧化物有BeO、Al2O3、Cr2O3、ZnO等。
两性氧化物的“两性”也可以理解为既能表现酸性氧化物的性质，又能表现碱性氧化物的性质。弱酸的酸式盐或弱酸弱碱盐虽然既能与酸反应，又能与碱反应，但不能生成“盐和水”，因而不是两性化合物。氨基酸与蛋白质的“两性”是指其结构中既有能与酸反应的碱性基因，又有能与碱反应的酸性基团。有时我们也把既能表现氧化性，又能表现还原性的物质也叫“两性”物质。
物质热稳定性的比较规律
1．单质的热稳定性与键能的相关规律
一般说来，单质的热稳定性与构成单质的化学键牢固程度相关；而化学键牢固程度又与键能相关。
2．气态氢化物的热稳定性
元素的非金属性越强，形成的气态氢化物就越稳定。同主族的非金属元素，从上到下，随核电荷数的增加，非金属性渐弱，气态氢化物的稳定性渐弱；同周期的非金属元素，从左到右，随核电荷数的增加，非金属性渐强，气态氢化物的稳定性渐强。
3．氢氧化物的热稳定性
金属性越强，碱的热稳定性越强（碱性越强，热稳定性越强）。
4．含氧酸的热稳定性
绝大多数含氧酸的热稳定性差，受热脱水生成对应的酸酐。
①常温下酸酐是稳定的气态氧化物，则对应的含氧酸往往极不稳定，常温下可发生分解。
②常温下酸酐是稳定的固态氧化物，则对应的含氧酸较稳定，在加热条件下才能分解。
例如，H2SiO3ΔSiO2+H2OH2SO4例外，不易分解。
③某些含氧酸易受热分解并发生氧化还原反应，得不到对应的酸酐。
例如：
4HNO3光照或Δ4NO2↑+O2↑+2H2O
5．含氧酸盐的热稳定性
①酸不稳定，其对应的盐也不稳定；酸较稳定，其对应的盐也较稳定，例如硝酸盐。
K2CO3、Na2CO3稳定，是例外。
②同一种酸的盐，热稳定性顺序是正盐＞酸式盐＞酸。
③同一酸根的盐的热稳定性顺序是碱金属盐＞过渡金属盐＞铵盐。
④同一成酸元素，其高价含氧酸比低价含氧酸稳定，其相应含氧酸盐的稳定性顺序也是如此。
1～17号元素的结构特点和特殊性质
H：原子半径最小；外层电子数=周期数；电子总数=电子层数；IA族中能形成共价化合物的元素；在化合物中，其数目改变对质量分数变化影响不大；原子序数最小；没有中子；成酸碱的必要元素；单质密度最小；单质可由金属与水或酸反应得到；单质是电解水产物之一；与氧可生成两种液态化合物H2O、H2O2。
He：最外层属饱和结构，但不是8个电子；电子总数是电子层数的二倍。相对原子质量为4，不要误以为是2。
Li：最外层电子数是次外层的一半；不能形成过氧化物。是密度最轻的金属；保存于石蜡中。
Be：最外层电子数=次外层电子数；最外层电子数=电子层数；氧化物为BeO；价态为+2价。
B：最外层电子数比次外层多一个；BF3属非极性分子；氢化物为B2H6；硼酸是能中和溅在皮肤上碱液的药品；H3BO3为一元酸；硼砂是硼酸盐玻璃材料。
C：最外层电子数是次外层的2倍；是形成化合物最多的元素；有金刚石、石墨、C60等碳的同素异形体；氧化物CO和CO2；碳酸和碳酸盐。
N：最外层电子比次外层电子多3个；单质在空气中含量最多，除稀有气体外它算是难以与其他物质反应的了。化学肥料的三元素之一。氢化物为NH3，气态氢化物水溶液惟一呈碱性的物质；NxOy有6种。
O：最外层电子是次外层的3倍；地壳中含量最多；占空气体积的21％；与金属生成金属氧化物；有等特殊化合物形成；O2能助燃。
F：最外层电子数比次外层多5个；除H外，前18号元素原子半径最小；无正价；不能被任何物质氧化；能与水反应置换出水中的氧；CaF2难溶，AgF能溶于水，HF为弱酸。
Ar：它的核外电子层结构为等简单阴、阳离子具有与Ar原子相同的电子层结构。
Na：最外层电子数是次外层的1/8，最内层的1/2；前18号主族元素中原子半径最大；碱为NaOH，有Na2O、Na2O2等氧化物；Na2O2漂白及能与H2O、CO2反应放出O2；与K的合金是原子能反应堆的导热材料。
Mg：最外层电子数=最内层电子数，次外层电子数是最外层电子数的4倍。Ma（OH）2是难溶性中强碱；Mg遇热水反应可放出H2。
Al：最外层比次外层少5个电子；最外层电子数=电子层数；Al是两性金属，Al2O3是两性氧化物；地壳中含量最多的金属。Al2（SO4）3与NaHCO3制灭火器。
Si：最外层电子数是次外层的一半，最内层的两倍；地壳中含量排第二位；SiO2（比H2CO3酸性弱）是制硅酸盐水泥的原料，玻璃的主要成分。
P：最外层比次外层少3个电子；P4是分子晶体；H3PO4通常为固体，分子量与H2SO4相同，均为98。
S：最外层比次外层少2个电子；最外层与最内层电子数之和=次外层电子数；氢化物H2S有臭鸡蛋气味；硫铁矿（黄铁矿）FeS2中S呈-1价。
键参数和分子的性质
键参数和分子的性质之间有一定的相关性。从键参数的数据可以归纳出某些定性的或半定量的规律用以说明分子的某些性质。所谓键参数指的是用于表征化学键性质的物理量，如键能、键长、键角、键的极性等物理量的数据。
1．键能
在101kPa和25℃下，将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时，所需的能量叫做AB的离解能（单位为kJ/mol），以D（A-B）表示。例如，H2的离解能D（H-H）为436kJ/mol。对双原子分子而言，离解能就是键能E，即E（H-H）=D（H-H）=436kJ/mol，它是指破裂6．02×1023个键（单键）所需要的能量。键能是决定物质性质的一个重要因素。通常键能愈大，表明该化学键愈牢固，由该键组成的分子也就愈稳定。例如，HCl的键能E（H-Cl）=431kJ/mol，HI的键能E（H-I）=299kJ/mol，HCl比HI稳定，HI受热时就较易分解。
通常键能的数据是用热化学方法由实验测定的。
2．键长
分子中两个原子核间的平均距离叫做键长（或核间距）。理论上用量子力学的近似方法可以算出键长。实际上通常是用光谱或衍射等实验方法来测定键长。
一般来说，两原子之间所形成的键愈短，键能就愈大，键愈强，愈牢固。综上所述，可以用键能和键长二个键参数定量地描述化学键的特征。
3．键角
键角系指分子中键与键之间的夹角。键角是表示分子空间结构的一个重要参数。例如，H2S分子中2个S-H键之间的夹角是92°，这表明H2S分子是平面三角形结构。
一般来说，如果已知某分子中的键长和键角的数据，就可确定该分子的几何构型（分子在空间呈现的几何形状）。例如，已知CO2分子的C=O键长是0．116nm，O-C-O键角等于180°，就可得知CO2分子是直线型的非极性分子，据此也可推断它的物理性质。又如，已知NH3分子里的H-N-H键角是107°18′，N-H键长是0．102nm，就可推断NH3分子是三角锥形的极性分子。
理论上可用量子力学近似方法算出键角，但对于复杂分子来说，实际上是通过光谱、衍射等结构分析实验测定而算出。
离子的特征
离子是组成离子型化合物的基本粒子。离子型化合物在任何状态下（晶体、熔融状态、蒸气状态或溶液中）都是以离子的形式存在的。因此，离子的性质在很大程度上决定着离子化合物的性质。就是说，离子的性质，即离子的三种重要特征：离子的电荷、离子的半径、离子的电子层结构的类型（简称离子的电子构型）是决定离子型化合物的共性和特性的根本原因。
