一、同位素

同位素的研究對象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化學(xué)性質(zhì)基本相同,但原子質(zhì)量或質(zhì)量數(shù)不同,從而其質(zhì)譜行為、放射性轉(zhuǎn)變和物理性質(zhì)(例如在氣態(tài)下的擴(kuò)散本領(lǐng))有所差異。

⒈概念：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的同一種元素的不同原子之間互為同位素。

⒉ 判斷依據(jù)：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同。

⒊ 結(jié)構(gòu)：電子層結(jié)構(gòu)相同，原子核結(jié)構(gòu)不同。

⒋對象：原子之間。

⒌性質(zhì)：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。

⒍實(shí)例：11H、21H與31H，16O與18O。

⒎ 注意：

⑴ 由于存在同位素，原子種類比元素種類多；

⑵ 同位素的化學(xué)性質(zhì)幾乎相同；

⑶ 天然存在的某種元素中，不論是游離態(tài)還是化合態(tài)，各種同位素原子的含量不變。

二、同素異形體

同素異形體的對象是單質(zhì)，同素異形體的組成元素相同，結(jié)構(gòu)不同，物理性質(zhì)差異較大，化學(xué)性質(zhì)有相似性，但也有差異。如金剛石和石墨的導(dǎo)電性、硬度均不同，雖都能與氧氣反應(yīng)生成CO2，由于反應(yīng)的熱效應(yīng)不同，二者的穩(wěn)定性不同（石墨比金剛石能量低，石墨比金剛石穩(wěn)定）。

⒈概念：同種元素組成的結(jié)構(gòu)不同的單質(zhì)之間互為同素異形體。

⒉ 判斷依據(jù)：同種元素的不同單質(zhì)。

⒊ 結(jié)構(gòu)：單質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)不同。

⒋對象：單質(zhì)之間。

⒌性質(zhì)：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似，一定條件下可以相互轉(zhuǎn)變。

⒍實(shí)例：金剛石與石墨、C60；紅磷與白磷。

⒎ 注意：

⑴由于結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)也有差異，如白磷比紅磷活潑；

⑵同素異形體指的是由同種元素形成的結(jié)構(gòu)不同的單質(zhì)，H2、D2、T2的關(guān)系不是同素異形體也不是同位素。H2和D2的結(jié)構(gòu)相同，不屬于同素異形體。

⒏ 同素異形體的形成方式：

(1) 組成分子的原子數(shù)目不同，例如：O2和O3。

(2) 晶格中原子的排列方式不同，例如：金剛石和石墨。

(3) 晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和單斜硫。

三、同分異構(gòu)體

⒈概念：分子式相同，結(jié)構(gòu)不同的化合物互為同分異構(gòu)體。

⒉ 判斷依據(jù)：分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，不一定是同一種物質(zhì)。

⒊ 結(jié)構(gòu)：不同。

⒋ 對象：一般為有機(jī)化合物之間。

⒌性質(zhì)：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)可能相似也可能不同。

⒍實(shí)例：CH3COOH與HCOOCH3。

⒎ 注意：

⑴ 因分子式相同故組成和式量也相同；

⑵ 式量相同的物質(zhì)不一定是同分異構(gòu)體，如HCOOH和CH3CH2OH的式量均為46。

⑶ 同分異構(gòu)體可以是同類物質(zhì)，也可以是不同類物質(zhì)。

同分異構(gòu)體的對象是化合物，屬于同分異構(gòu)體的物質(zhì)必須化學(xué)式相同，結(jié)構(gòu)不同，因而性質(zhì)不同。具有“五同一異”，即同分子式、同最簡式、同元素、同相對原子式量、同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、結(jié)構(gòu)不同。

屬于同分異構(gòu)體的物質(zhì)可以是有機(jī)物。如：正丁烷和異丁烷；

可以是有機(jī)物和無機(jī)物，如氰酸銨和尿素；

也可以是無機(jī)物，如[Pu(H2O)4]Cl3和[Pu(H2O)2Cl2]·2H2O·Cl。

在有機(jī)物中，很多物質(zhì)都存在同分異構(gòu)體，中學(xué)階段涉及的同分異構(gòu)體常見的有以下幾類：

(1) 碳鏈異構(gòu)：指碳原子之間連接成不同的鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)而造成的異構(gòu)。如C5H12有三種同分異構(gòu)體，即正戊烷、異戊烷和新戊烷。
(2)位置異構(gòu)(官能團(tuán)位置異構(gòu))：指官能團(tuán)或取代基在在碳鏈上的位置不同而造成的異構(gòu)。如1—丁烯與2—丁烯；1—丙醇與2—丙醇；鄰二甲苯、間二甲苯及對二甲苯。
(3) 類別異構(gòu)(又稱官能團(tuán)異構(gòu))：指官能團(tuán)不同而造成的異構(gòu)，如1—丁炔與1，3—丁二烯；丙烯與環(huán)丙烷；乙醇與甲醚；丙醛與丙酮；乙酸與甲酸甲酯；葡萄糖與果糖；蔗糖與麥芽糖等。

(4) 其他異構(gòu)方式：如順反異構(gòu)、對映異構(gòu)（也叫做鏡像異構(gòu)或手性異構(gòu)）等，在中學(xué)階段的信息題中屢有涉及。

四、同系物

同系物的對象是有機(jī)化合物，屬于同系物的有機(jī)物必須結(jié)構(gòu)相似。

在有機(jī)物的分類中，屬于同一類物質(zhì)，通式相同，化學(xué)性質(zhì)相似，差異是分子式不同，相對分子質(zhì)量不同，在組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)，相對分子質(zhì)量相差14的整數(shù)倍。

如：分子中含碳原子數(shù)不同的烷烴之間就屬于同系物。

⒈概念：結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)的物質(zhì)互稱同系物。

⒉ 判斷依據(jù)：結(jié)構(gòu)相似，通式相同，組成相差n個CH2，相對分子質(zhì)量不同（相差14n）。

⒊ 結(jié)構(gòu)：相似。

⒋對象：有機(jī)化合物之間。

⒌性質(zhì)：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似。

⒍實(shí)例：甲烷、乙烷和丙烷；乙烯和丙烯；甲酸和乙酸。

⒎ 注意：

⑴具有同一通式；

⑵化學(xué)性質(zhì)相似；

⑶ 物理性質(zhì)隨式量呈規(guī)律性變化。

⑷ 結(jié)構(gòu)相似指的是組成元素相同，官能團(tuán)的類別、官能團(tuán)的數(shù)目及連接方式均相同。結(jié)構(gòu)相似不一定是完全相同，如CH3CH2CH3和(CH3)4C，前者無支鏈，后者有支鏈，但二者仍為同系物。

⑸ 通式相同不一定是同系物。例如：乙醇與乙醚它們的通式都是CnH2n+2O，但他們官能團(tuán)類別不同，不是同系物。又如：乙烯與環(huán)丁烷，它們的通式都是CnH2n，但不是同系物。

⑹ 在分子組成上必須相差一個或若干個CH2原子團(tuán)。但分子組成上相差一個或若干個CH2原子團(tuán)的物質(zhì)卻不一定是同系物，

如：CH3CH2Br和CH3CH2CH2Cl都是鹵代烴，且組成相差一個CH2原子團(tuán)，但二者不是同系物。

⑺ 同系物具有相似的化學(xué)性質(zhì)，物理性質(zhì)有一定的遞變規(guī)律，如隨碳原子個數(shù)的增多，同系物的熔、沸點(diǎn)逐漸升高；如果碳原子個數(shù)相同，則有支鏈的熔、沸點(diǎn)低，且支鏈越對稱，熔、沸點(diǎn)越低。如沸點(diǎn)：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。

同系物的密度一般隨著碳原子個數(shù)的增多而增大。

五、主要區(qū)別

同位素、同素異形體、同分異構(gòu)體、同系物的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下5個方面：

⒈ 表述對象不同

⑴ 同位素：原子；

⑵ 同素異形體：單質(zhì)；

⑶ 同分異構(gòu)體：化合物（有機(jī)物、無機(jī)物）；

⑷ 同系物：有機(jī)化合物。

⒉ 概念不同

⑴ 同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子(核素)。

⑵ 同素異形體：由同一種元素組成的不同單質(zhì)。

⑶ 同分異構(gòu)體：分子式相同，結(jié)構(gòu)不同的化合物。

⑷ 同系物：結(jié)構(gòu)相似，分子組成相差一個或若干個CH2基團(tuán)的物質(zhì)。

⒊ 性質(zhì)不同

⑴ 同位素：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相同。

⑵ 同素異形體：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相同。

⑶ 同分異構(gòu)體：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)不一定相同。

⑷ 同系物：物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似。

⒋ 化學(xué)式不同

元素符號表示不同，如元素符號表示相同，分子式可以不同。

⒌ 結(jié)構(gòu)不同

電子層結(jié)構(gòu)相同，原子核結(jié)構(gòu)不同，單質(zhì)的組成或結(jié)構(gòu)不同。