现代化学结构概念的实质

化学所研究的物体有相对静止和显著变动两种状态。在相对静止状态中分子具有确定的组成和结构；在显著变动状态中分子的组成和结构发生变化，旧物体消亡而新物体诞生。前者为化学结构问题，后者为化学反应的问题。因此，化学科学对物质的探索具有化学结构和化学反应两个既相互区别又密切联系的方面。在人们探索化学结构的过程中，如果是侧重于研究物质分子中组成物的空间排列，则所获得的几何形状的认识，可以看作是对化学结构外在表现或化学结构形式的认识。如果是侧重于研究物质分子中组成物之间的相互作用及其方式，则所获得的关于化学键的认识，就可以看作是对化学结构内在本质内容的认识，从而可以说明物质分子之所以具备一定空间几何分布并能稳定存在的本质是什么，组成物之间是如何相互联系、相互作用的。因此，可以认为所谓化学结构就是化学结构的内容与形式两个方面的综合或统一。正如我国化学家徐光宪所指出，“分子结构通常有两个涵义：一是指分子的几何结构，即分子中的原子核在空间的排布，它们之间的相互距离和夹角。二是指分子中原子之间（或所有原子核和电子之间）的相互作用。”也如英国化学家柯尔逊所说，分子结构即指它的尺寸、形状和键的本性。”①这些论断，都指出了我们所分析过的两个方面的因素，而且是从化合物处于相对静止状态的角度来说明化学结构的。
     与此同时，还应当看到，同化学结构有密切关系的化学反应问题还包含着“反应物分子的价电子是通过怎样的过程在分子内或分子间重新组合而生成新的价键和变化成产物分子的”，以及“在这些反应的过程中分子内或分子间的原子重新组合，在空间上的要求条件和变化过程怎样”等方面的问题。这实质上是从化学物体处于显著变动状态的角度来说明了化学结构的，而它涉及的仍然是化学结构的内容和形式两个方面的因素。化学结构自身具有内容和形式两个既相互联系又相互区别的方面。内容和形式的辩证法认为，任何事物都是内容和形式的统一体，内容决定形式，形式反映内容，形式又相对独立于内容，对内容有能动的反作用。化学结构的情况正是这样。关于这一点，最好以实例加以说明。在络合物（配位化合物）中，从化学结构的观点来看，中心离子的配位数多少取决于两个因素，一个是成键的电子因素，一个是几何因素。尤其在成共价键时，电子因素对配对数的影响往往占据主导地位，决定了可能的配位数，从而决定了配位化合物的形状。例如，在[AlF6]-3中，中心离子采用sp3d2杂化轨道，配位数为 6，它的形状是八面体。而在[AlCl]和[AlBr]中，中心离子采用sP3杂化轨道，配位数为4，两者的形状都是四面体。电子因素主要是指中心离子与配位体之间的相互作用及其方式，即它们的化学键。这正是化学结构的内容。它决定了络合物的存在，同时也决定了配位数，制约了化合物的形状。而该络合物离子的形状则反映了其中的成键情况，即内容决定了形式，形式则反映了内容。
     上例中，中心离子Al3+与卤素离子X-形成络合物离子时，可能有几种配位数。这里分别为6和4。由于电子因素的限制，它们的配位数一般不会是3个、5个或8个、10个。但是，就上述三种络离子来看，同一中心离子与结构相似、电荷相等的卤素离子之间，其相互作用及其方式应该是很相似的，即意味着它们之间的化学键应该是很接近的。那么，中心离子为什么会形成不同的杂化轨道，为什么会有不同的配位数？这正是几何因素的影响。配位体F-、Cl-和Br-的半径依次为136pm、181pm和191pm，显然，Cl-的体积比F-的体积大许多，而与Br-的体积差不多，于是在中心离子Al3+的周围就“挤不下”6个Cl（或6个Br-），而只能容纳4个Cl-（或4个Br-）。配位体的尺寸（当然也与中心离子的尺寸有关）对于络合物中的化学成键、配位数的多少就产生了影响，即化合物中的几何因素、形状相对独立于其电子因素，而且制约了电子因素。这正是形式相对独立于内容，形式反作用于内容。上面的分析还表明了化学结构是内容和形式的统一。由此可以看出，现代化学结构概念的实质是分子内部组成物之间的相互作用、作用方式及空间分布状况的总和。相互作用及其方式主要是以化学键表现的，空间分布是以分子的形状、尺寸和组成物的位置关系等几何因素表现的。由此我们也可以把化学结构更抽象地定义为分子内部组成的物质间相互作用的内容和形式的统一体。