一个分子式告诉我们两件事:一是原子的种类;一是这些原子在化合物中的数目。例如,氯化钙(CaCl2)这个分子式告诉我们:它由两种原子——钙和氯组成,而且是一个钙原子和二个氯原子结合起来的。
如果把金属钠放到盛有氯气的容器里,并且加热,那么,容器里就会有氯化钠生成。我们说这两种物质通过化合反应,“化合”成了一种新物质。又如,氯和铁反应则生成氯化铁。化学家们发现,不论在何种情况下,氯气和钠反应,产物总是氯化钠(NaCl),而氯和镁反应生成的总是氯化镁(MgCl2)。换句话说,一个氯原子只能和一个钠原子结合,而二个氯原子オ能和一个镁子化合。我们把一个原子能和其他原子相结合的数目,称作它的“化合价”(原子价)。化合价的单位是以氢原子的化合价为标准,由于一个氢原子最多只能跟其他元素的一个原子化合,所以是一价。
元素的化合价还呈现正负性。我们规定氢为+1价,那么,能与之结合的其他元素的化合价呈负价。由于一个氯原子只能与一个氢原子结合,所以氯呈-1价。依此类推,钠呈+1价,铁呈+3价。
化合价还有这样一个规则:甲、乙两种元素化合而成的化合物里,甲元素的化合价总数必然和乙元素的化合价总数相等。以P2O5(五氧化二磷)为例,在这个分子里,磷的化合价×磷原子数=氧的化合价×氧原子数。弄清了这个关系,就可以根据元素的化合价来书写化合物的分子式了。例如,已经知道氧是-2价,铝是+3价,要写出氧化铝的分子式Al2O3,就比较容易了。
我们买电池、袜子和肥皂等物品时,常常用“打”来计数。“打”是通常使用的数量单位,1打的数量是12。如一打电池就是12节。
在化学上,也有一个类似的数量单位,叫做摩尔,它是用来计量原子、分子等微粒的数量的,好比是化学家的“打”。不过,化学家所用的“打”,代表6.02×10(23次方),即1摩尔等于6.02×10(23次方)个微观粒子,其数值远远大于12。因为,分子、原子等微粒极其微小。例如,1克水中就约含有3.6×10(22次方)个水分子,1克碳中就有5.0×10(22次方)个碳原子。这是一个天文数字,书写、记忆都很不方便。假如采用摩尔作计量单位,那么,就可以说,1克水中约含0.056摩尔的水分子;1克炭中约含有0.083摩尔碳原子。这就方便多了。因为这个数字是一位名叫阿伏伽德罗的科学家提出的,所以叫做阿伏伽德罗常数。
用摩尔来表示物质的量,也是十分方便的。科学家测得1摩尔(一“打”)的碳原子(指碳-12)的质量正好是12克。从这里推算出1摩尔其他原子的质量也很简单。比如,1摩尔氢原子的质量是1克;1摩尔铁原子的质量是55.85克;1摩尔氧原子是16克等等。这里我们还可以看出,1摩尔任何原子的质量,其数值等于这种原子的原子量。计算分子的质量、离子的质量都一样方便。所以我们也可以说,摩尔像一座桥梁,把单个的、肉眼看不见的微粒,同数量很大的微粒集体,以及可以称量的物质之间联系起来了。用摩尔可以直接描述出化学反应中反应物和生成物之间的数量关系。我们说1摩尔碳和1摩尔氧气反应,生成1摩尔二氧化碳。