2.4 分子和化合物
2.4.1 分子和化合物的含义
分子是物质中独立地、相对稳定地存在并保持其组成和特性的最小微粒，是参加化学反应的基本单元。分子由一个或几个原子通过化学键结合而成。
按照参与组成的原子的种类和数目，分子可分为单原子分子和多原子分子，前者只有He、Ne、Ar、Kr、Xe等几种，通常讨论化学问题时所指的分子不包括它们。多原子分子中，原子数目为2个或2个以上，其中少数分子由一种原子组成，如H2、O2、O3、N2、P4、S2、S6、S8、S20、C60、C70等，由这类分子组成的材料，通称单质，意指一种成分的物质。绝大多数分子是由两种或多种元素组成，即多种元素的原子通过化学键结合而成，这种分子通称化合物，如H2O、CO、CO2、NaCl、C2H5OH等。所以化合物的名称是指两种或两种以上元素的原子通过化学键组成的纯净物质。
化合物有恒定的组成、性质和分子量。分子量是指组成分子的原子的原子量的加和，例如CO2的分子量为：
12.01＋2×16.00＝44.01
虽然常见的元素种类仅数十种，数目极为有限，但化学发展到现在已分离和合成了4000多万种化合物。研究化合物的合成、性质和应用，已成为关系到自然科学和社会发展的主要基础。
由离子键和金属键两类强化学键将原子（或离子）结合形成的晶体或物相，由于它们常以固态晶体出现，不使用分子这个名称，直接以它的成分和它的物相名称表示。例如，氯化钠（NaCl，食盐）、碳酸钠（Na2CO3，纯碱）等。
2.4.2 高分子
高分子化合物又称聚合物、高聚物、大分子化合物，简称高分子。它是分子量在104～106甚至更高的一类化合物，由许多相同的（或不同的）单体（或称结构单元）以共价键重复连接而成。因化学结构单元组成是否相同分为均聚高分子（结构单元完全相同）和共聚高分子。前者如聚氯乙烯、聚苯乙烯等，后者如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、丁腈橡胶、丁苯橡胶等。从来源又分为天然高分子（纤维素、蛋白质、核酸等）和合成高分子（聚乙烯、聚丙烯、聚酯等）。按分子结构单元之间的连接方式又可分为：线型高分子（即结构单元沿长的骨架线性延伸连接而成），如聚乙烯、聚酰胺等；支化高分子（即线型高分子主链中派生出一些支链，其组成的结构单元与主链相同）；交联型高分子（即分子主链之间产生化学结合，形成不溶的网状结构）。按性能用途分为：塑料（聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、酚醛塑料等）、橡胶（顺丁、丁苯、氯丁橡胶等）、纤维（涤纶、锦纶、腈纶、维纶等）等类。组成与结构不同的高分子其形态有液态和固态，它多为无定形态，也有部分结晶态。其溶液的黏度，比相同浓度下的小分子的黏度高得多。其物理性能随结构不同而异，它可具有刚性、柔顺性、弹性、电绝缘性、力学强度、耐热、耐寒、耐光照、耐水等各种性能，其加工性能也各不相同，用途各异且极为广泛。
高分子化学是研究高分子化合物的分离、提取、结构、性能、合成方法、反应机理及溶液性质与成型加工等的一门科学，是在有机化学、物理化学、无机化学、生物化学、物理学和力学等学科基础上发展起来的一门新兴科学。自20世纪30年代以来，随着高分子科学体系的逐步建立与发展，已为人类的生产与生活提供了一类新材料，发展起塑料、橡胶、合成纤维、涂料、胶黏剂等合成材料工业。现在高分子合成材料已涉及国家经济建设和人类生活的各种领域。在此基础上发展起来的高分子化工，已成为不断发展的新兴工业部门。
2.4.3 超分子
超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间的作用力结合而成，是一类具有特定的微观结构和宏观特征的聚集体。超分子内分子间的作用力包括氢键作用力、静电作用力、配位键作用力、电荷转移作用力和疏水性作用力等。通过这些作用力，将一类分子组成具有特定排列的管状通道、蜂窝状空穴、杯状容器或空心体结构的聚集体，适合另一类分子进入通道、空穴、容器或空心体结构的内部，稳定地结合形成超分子。前一类分子称为主体或受体，后一类分子称为客体或底物。
手指不慎擦破后涂抹一点碘酒消毒，避免发炎。当这擦过碘酒的手指皮肤碰到含淀粉的液体时，皮肤立即变成蓝黑色。这一现象的出现是一种超分子反应，即淀粉形成具有管状通道的环糊精，碘分子进入通道中，形成长链状结构的蓝黑色分子所出现的颜色。
水冷却到0℃以下，分子间通过氢键结晶成冰，冰中有很多笼状空隙使冰比水轻，冰总是浮在水面上。当水中含有甲烷（CH4）时，水和甲烷可生成可燃冰晶体，甲烷填充在冰的笼状空隙中。海洋底部冒出的天然气，主要成分是甲烷，它和海水结成可燃冰蕴藏在海底。2017年，我国宣布成功地掌握从海底开发可燃冰能源的技术。