化学研究的物质或称化学物质，是指以作为化学对象的“物质分子转变 规律”所要涉及的各种实物物质，主要是原子核、游离基、离子、原子、分 子和超分子等物质。下面就对这些物质的性质、结构和可能发生的变化等情 况做一讨论，以便对作为化学对象的物质客体的分子及其相关的主要物质客 体能够有一个较为全面和具体的了解，从而能够更深刻地认识和把握化学对 象。
一、原子核 根据质量数（A）的大小，原子核可分为轻核（A>30）、中等核（30<A<90）和重核（A>90）。关于原子核的结构至今仍在探索。自从本世纪 30 年代查德威克发现中子以后，已经有不少核结构理论模型提出，诸如核的质 子-中子模型、液滴模型、集体模型和壳层模型等。在一般的化学反应中，原 子核保持不变，只是外层电子的运动状态发生改变。但是，在核化学反应中， 原子核的变化以及原子核与核外电子的强烈互动（诸如与新核相适应的核外 电子重新排布、放射性和高能量对电子层的影响和穆斯堡尔效应等等）成为 关注的焦点。
原子核具有一系列特别的属性，诸如核电荷数、质量数、发生核反应的低能限，反应截面、共振能量、结合能、库伦能垒等等。幻数（2，8，20，28， 50，82，126）则与核的稳定性有关。 根据反应前后能量变化情况，核反应可分为低能核反应（0～10Mev）、中能核反应（10～100Mev）和高能核反应（>100Mev）；根据核与核或核与其它质点的碰撞情况及其结构变化情况，核反应也可以下列方式划分：弹性散射
非弹性散射
核反应
聚变反应
核反应
核变化 光子核反应
裂变反应
二、游离基（自由基） 共价键断裂时，两个成键电子各分一个在碎片上，这种带有不成对电子的碎片即为游离基。游离基种类繁多，结构不一，甚至相同化学构造的游离基也可能具有不同的立体结构。例如 CH3 就有平面三角形与三角锥形。游离基的活性大，一般难以稳定存在，可以发生偶联、歧化、置换、加成、裂解、 插入和氧化还原等反应①。
三、离子 原子或一群原子，从其最外电子层取得或是放出一个或更多的电子，此带电荷的粒子称为离子。另外，金属阳离子可与几个阴离子及中性分子形成 一种带电荷的配合物即络离子。根据电性的不同，离子可分为阳离子和阴离 子。离子可以存在于气体、液体和固体中。气体原子或分子在接受外来能量 的情况下，通过碰击反应可以产生离子；大部分盐溶于水时发生电离，在溶① L.Huang：《自由基化学》，上海科学技术出版社，1983 年版，第 22—25 页。
液中可以形成阳离子与阴离子。离子的大部分性质是由其电性引起的。具体 地说，离子有下列特性：（1）离子的游动性。除了离子晶体中的离子只能在固定位置振动外，气 体离子或液体中离子均能在外加电场作用下移动。
（2）离子的依附性。在气态或液态时，离子常有依附它种粒子的特性。
例如， H+在水溶液中常以 H3O+形式存在。
（3）离子的互围性。阴、阳离子常常互相包围，在气体、液体或离子晶 体中均如此。这是由离子的静电吸引作用无方向性决定的。
（4）离子的互换性。对于半径较小、阴电性较高的、具有较低遮蔽效应的原子，由于电子转移而取代化合物中的另一种离子。例如，KI+Cl2 →KCl+I2。另外，同性离子在一定条件下可以相互替换，例如在离子交换柱里就发生这种情形。
（5）离子的变形性（可极化性）。即被异性离子极化而发生电子云变形 的性质。例如在 AlCl3 中，Cl-离子受 Al3+离子的作用而发生电子云的变形，使得该化合物显示出共价化合物的某些性质。
（6）离子的极化作用，即一个离子使另一个离子产生某些结构变化的作 用。
此外，还应提到的是等离子体。它是由电子、离子、原子及分子组成的混合气体，具有与一般气体不同的性质，例如能够接受外磁场的作用。在等 离子体内，电子、离子甚至中性粒子都可能具有较高的能量，其中所进行的 各种化学反应都是在高激发态下进行的，完全不同于一般化学反应。在等离 子体内原子或分子的化学本性都会发生变化，如惰性气体原子变得活泼。等 离子体能发生高温化学反应、气相沉积和聚合反应。
四、原子
原子是原子核和电子的对立统一体，核外电子排列井然有序。每种元素 的原子不仅可以发射一系列特征谱线，而且也可以吸收同发射线的波长相同 的特征谱线。原子的半径约 2 或 3×10-3cm，除了一系列常规化学反应外，原 子还可能发生移转反应：即重合交换（AB+A*CABA*CA*B+AC）与解离交 换（A*B+ AA*+B+AA*+AB）。
此外，还有同原子概念相关的两种实体：热原子和原子团。热原子是核变化生成的原子，一般均具有非常高的运动能量，并可能带有很高的电荷， 化学性质很活泼；原子团是由多个原子组成的，可以分为多原子离子团（如 SO4-2）和有机物中的官能团。它们在许多化学过程中可以作为一个集团参加反应。 五、分子
分子的概念是阿佛加德罗于 1811 年明确提出的。自然界的大部分物体都 是直接由分子所构成的。各种物质的分子量变化很大。最小的氢分子是 2， 而大肠杆菌的 DNA 分子量达 25 亿。分子的形状有多种多样，可以呈现出直线 形、三角形、正方形、棱锥形和跷板形等等①。根据分子的偶极矩大小，分子 可有极性分子与非极性分子之分；根据分子内部化学键的性质，又有离子型 分子与共价型分子之别。
① E.B.图恩：《化学基础》，第 2 分册，文化教育出版社，1980 年版，第 39 页。
分子内部既存在排斥作用（分子的平动能，分子内各原子或原子团的转 动能，振动能，原子核之间或电子间的电性排斥能，泡利不相容原理规定的 排斥作用，以及测不准关系所描述的排斥作用等），也存在吸引作用（各原 子或离子间的电磁吸引作用）。分子正是处于这两种作用相互平衡的状态而 存在的。当分子内部的两种作用失去平衡时，分子就会发生质变，出现化学 变化或化学反应。
从分子组成的角度看，除了一般的无机物分子和有机物分子外，配位化 合物分子在现代化学研究中越来越引人注目。配位化合物分子可以分为单核 配位化合物分子（如金属有机化合物分子）和多核配位化合物分子（如原子 簇）。有人认为，“未来的化学是无机化学和有机化学的杂交物——金属有 机化学”①，可见配位化合物分子的重要性。
从分子量大小看，可以分为低分子（分子量在 1000 以下），低聚物（分 子量在 1000～10000 之间）和高聚物或高分子（分子量在 10000 以上）。随 着现代化学的发展，高分子所处的地位日益重要，对高分子的研究也日益深 入。一般说来，高分子依其主链的组成或结构不同，可以分为碳链聚合物、 杂链聚合物、元素有机高分子（如有机硅油脂）和无机高分子（如聚氯化硅 氧烷）等；根据高分子链中单键的内旋转情况，又可分为柔性高分子和刚性 高分子。
高分子分子量高、分子长大（可用端间距和回转半径描述）、形状各异，有线状、枝状、网状，近几年又先后合成出星形、梳形、蓖形和梯形等多种 类型的高分子②。从物理性质来看，高分子没有沸点，其溶液的粘度高，比重 低，耐腐蚀，胀溶，绝缘性高。但也有一些导电性强的高聚物，或是依靠离 子导电作用（如聚电解质的聚丙烯酸，离子交换树脂等），或在其分子中有 特殊的化学结构（如共轭连锁），而呈现出较强的导电性。
此外，化学研究中所关注的还有以晶体形态体现的巨型分子。例如离子晶体，由于其中的阴阳离子交错排列而分不出独立的分子界限，以至整个晶 体都可视为一个巨型分子。金属晶体、原子晶体的情况也如此。这些巨型分 子依照其分子形状可以分为三维网络巨分子晶体（如金刚石、食盐、一般金 属）、二维网络巨分子晶体（如石墨、CdI2 晶体）和一维网络巨分子晶体（如石棉等）。巨分子晶体中原子或离子之间的化学键性质与晶体的宏观性质密 切相关。
六、超分子体系
近几十年来，化学家们已经发现了越来越多的超分子体系，日益引起广 泛注目，以致产生了一门新的化学分支学科——超分子化学。
超分子体系是靠范德华力而形成的分子间聚集体，有下面几种：（1）集团与集团间构成选择性相互作用体系；（2）分子配合物，如 I2-淀粉分子、H3N→BF3；（3）分子-表面化学吸附体系，如 N2 与铁触媒的催化活性中心所构成的体系；（4）氢键体系，如 H2S-H2O 体系；（5）生物大分子体系，如DNA、酶-底物。 准确地说，超分子体系都是由非键态和配键态组成的，既有部分选择性① 聂圣哲：《现代化学新学科》，中国科技大学出版社，1989 年版，第 52 页。
② 朱永群：《高分子基础》，浙江教育出版社，1985 年版，第 86 页。
范德华力性质，又有部分共价键性质。超分子体系内部相互作用表现出强烈 的选择性（电子结构选择性、立体结构选择性和轨道对称选择性）。
此外，还有一类新型的物质分子属于超分子层次。这类分子由两个或两 个以上分子套合在一起，但彼此之间没有直接键合，例如下图所示的分子就 是属于这类“没有化学键”的分子。
世界是在运动发展着，科学也是在进步之中。随着新的物质结构单元被 发现，人类的视野越来越开阔。化学认识也随着对于新的物质对象及其运动 的探索而逐步深化。因此化学的物质对象是一个变化的、历史的范畴。到目 前为止，我们认识到以分子转变为标志的化学运动，不仅涉及到了分子，还 涉及到了原子、原子核和超分子等四个层次的化学物质，并与四种作用力
—核力、静电力、化学键、范德华力相关，特别是同化学键更为密切相关。 今后，随着化学发展，未来化学研究的物质领域必将越来越广泛，所涉及的 相互作用力也将越来越复杂，化学对象的领域也将越来越扩展。
