1.2　化学变化的特征

（The Nature of Chemical Changes）

世界上物质的变化分为两种：一种是物理变化，另一种是化学变化。化学家主要研究化学变化的规律和机理、化学变化所涉及的物质量和能量的变化。化学变化有以下3个特征。

1.2.1　化学变化是质变

化学变化涉及化学键的断裂和形成，即反应过程中各个原子之间的重新组合。以水的电解为例：电解过程中涉及O—H键的断裂和H—H、键的形成。因为H₂O与H₂、O₂是完全不同的物质，所以说化学变化是一种质变的过程。化学变化的实质是化学键的变化以及分子结构的相应变化，涉及电子和化学基团的迁移。化学键、原子结构和分子结构是化学的核心概念。

1.2.2　化学变化是定量的变化

化学变化发生在原子水平之上，只涉及原子核外电子在分子中的重新排布，而不涉及原子核内的变化（核化学除外）。因此，在化学变化中，参与反应的元素类型不会变化，即没有原有元素的消失和新元素的产生。在化学变化前后各物质的量维持恒定，服从质量守恒定律，反应前后物质的量有确定的计量关系。例如，加热1t（吨）CaCO₃并使它完全分解，应该得到0.56t CaO和0.44t CO₂；0.261g的Na₂CO₃恰好中和40.0cm³、浓度为0.123mol·dm^-3的HCl溶液。反应物之间、反应物与生成物之间的质量关系是可以定量计算的。某些化学反应同时存在多种副反应，这时各物种之间的计量关系就比较复杂些。

1.2.3　化学变化伴随着能量变化

由于化学键的能量各不相同，所以当化学键发生变化时，必然伴随着能量的变化，伴随着体系和环境的能量交换。破坏原有化学键需要吸收能量，形成新的化学键会放出能量。若一个化学变化的过程中，放出的能量多于吸收的能量，则将有净能量向环境释放；反之，若放出的能量少于吸收的能量，则需从环境吸收能量，才能维持化学变化的顺利进行。化学热力学就是研究化学反应中能量变化的化学分支。化学热力学通过分析化学变化中的能量变化，可以预测化学反应的方向和限度，从而指导具体的生产实践。此外，化学动力学是研究化学反应快慢以及反应机理的化学分支学科。通过揭示化学反应的机理，可以改进重要化合物的合成路线，降低生产成本，提高生产效率。化学热力学和化学动力学是化学的两大重要领域，它们之间相辅相成，是化学的重要理论支柱。

在普通化学课程里，我们将遇到大量的不同类型的化学变化，但这些化学变化大都符合上述3个基本特征。因此，了解并掌握化学变化的这些特征，将有助于加深对于各种化学变化实质的理解。从化学变化的特征来看，化学原理最基本的内容一般包括：物质的物态（气、液、固），化学热力学，化学动力学，化学平衡，电化学，原子结构，分子结构和晶体结构等。本书将分章介绍这些方面的知识。