物质与分子

物质的量相关定义

物质的量

反映粒子数目：符号 $n$，单位 $\pu{mol}$。

重点：指明具体的微观物质粒子（原子、离子、分子、质子、电子、种子）。

阿伏伽德罗常数

数值上：

一般取约数为 $6.02$，注意：

• 早期的阿伏伽德罗常数定义为 $\pu{12g}$ 的 $\ce{^12C}$ 中所含的原子个数。
• 现代的定义是一个固定的值（上），由阿伏伽德罗常数和质量定义物质的量。

其中 $N$ 表示微粒个数。

摩尔质量

单位物质的量的物质所具有的质量：

标准单位为 $\pu{g/mol}$，此时摩尔质量数值上等于粒子的相对质量。

摩尔体积

单位物质的量的物质所具有的体积：

标准单位为 $\pu{L/mol}$，具体的数值与：

• 微粒种类（直径、间距）和个数。
• 温度和压强（一般对于气体）。

有关。

特殊的，在 $\pu{0^oC,101kPa}$（标准状况，STP 标况），任何气体的摩尔体积都等于 $\pu{22.4L/mol}$。

注意：标况下 $\ce{H2O,SO3,CCl4}$ 以及酒精不是气体。

物质的量浓度

质量分数定义式：

物质的量浓度定义式：

需要注意：

• 溶液的体积不等于溶剂的体积与溶质体积简单相加，除非题目特殊说明。
• 特殊的，$\ce{CO2,NH3}$ 溶于水，当做 $\ce{H2CO3,NH3*H2O}$ 处理。

离子浓度与离子化合物浓度、原子个数成正比。

物质的量相关方法

溶液的稀释

根据：

直接计算即可。

浓度公式推导

两个推导公式：

注意单位换算即可。

基本方法

三步法：

1. 求物质的量。
2. 根据计量数换离子。
3. 求对应的量。

平均摩尔质量

十字交叉法：

分子动理论

注意：关于分子动理论的部分，这篇文章作者自己感觉写的并不是很好，建议先阅读小时百科上的分子动理论（高中）或者我的 PDF 存档内容，或者看完本文后，结合那个进行记忆。

分子热运动

物体是由大量分子组成的。需要指出的是：在研究物质的化学性质时，我们认为组成物质的微粒是分子、原子或者离子。但是，在研究物体的热运动性质和规律时，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用，而把组成物体的微粒统称为分子。

我们在化学中学过，$\pu{1 mol}$ 的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示，即 $N_A=\pu{6.02214076E23 mol^-1}$。这足以表明，组成物体的分子是大量的。人们用肉眼无法直接看到分子，就是用高倍的光学显微镜也看不到。直至 1982 年，人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。扫描隧道显微镜是一种可以探测物质表面结构的仪器，它通过移动着的探针与物质表面的相互作用，将物质表面原子的排列状态转换为图像信息，获得具有原子尺度分辨力的表面形貌信息。

扩散：从许多实验和生活现象中我们都会发现，不同种物质能够彼此进入对方。在物理学中，人们把这类现象叫作扩散。扩散现象并不是外界作用（例如对流、重力作用等）引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。扩散现象在科学技术中有很多应用。例如，在生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺入其他元素。这一过程可以在高温条件下通过分子的扩散来完成。

布朗运动：19 世纪初，一些人观察到，悬浮在液体中的小颗粒总在不停地运动。1827 年，英国植物学家布朗首先在显微镜下研究了这种运动。如果在显微镜下追踪一颗小炭粒的运动，每隔 $\pu{30 s}$ 把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，便可以得到某一颗微粒运动的位置连线。这表明微粒的运动是无规则的。实际上，就是在 $\pu{30 s}$ 内，微粒的运动也是极不规则的。

1827年，英国植物学家罗伯特·布朗观察的是悬浮在水中的花粉微粒。他起初认为，微粒的运动不是外界因素引起的，而是其自发的运动。是不是因为植物有生命才产生了这样的运动？为了验证，布朗用当时保存了上百年的植物标本，取其微粒进行实验，他还用了一些毫无生命的无机物粉末（如煤灰、玻璃屑）进行实验。结果是，不管哪一种微粒，只要足够小，就会发生这种无规则运动；微粒越小，运动就越明显。这彻底排除了生命现象的可能。后人便把悬浮微粒的这种永不停息的无规则运动叫作布朗运动。

作为一种物理现象，布朗运动具有以下显著特征：

• 粒子的运动由平移及转动所构成，显得非常没有规则，而且其运动轨迹极其曲折，几乎是“处处没有切线”的。
• 粒子之间的移动显然互不相关，即使当两个粒子互相接近至比其直径还要小的距离时，各自的运动依然保持独立。
• 粒子越小、液体黏性越低或温度越高时，粒子的运动越活泼。
• 粒子的化学成分及密度对其运动特征基本没有影响。
• 只要流体不凝固，粒子的运动就永不停止。

在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上是由许许多多分子组成的，液体分子不停地做无规则运动，并不断地从四面八方撞击微粒。在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强；在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样受力不平衡的“统计涨落”就引起了微粒无规则的运动。悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显；并且微粒越小，它的质量与惯性越小，其运动状态越容易被改变，因而，布朗运动越明显。反之，如果悬浮在液体中的微粒很大，在某一瞬间跟它相撞的分子数极多，各个方向的撞击作用接近抵消与平衡，这时就很难观察到布朗运动了。

分子的无规则运动极其微小，无法直接观察。我们在显微镜下看到的悬浮微粒的无规则运动并不是分子本身的运动，但这一宏观现象可以间接地反映液体分子运动的无规则性。注意，在大众的一般观念甚至部分科普中，对布朗当年的“花粉实验”常有误解。实际上，一颗完整的花粉颗粒相对较大，在水中受到的撞击趋于平衡，几乎无法观测到明显的布朗运动；当年布朗真正观察到的，其实是花粉在水中吸水破裂后，溢出的极其微小的细胞器颗粒。更为关键的是，我们绝不能错误地说“液体分子在做布朗运动”；严谨的表述应该是：不可见的液体分子在做“热运动”，正是海量分子的热运动不断碰撞微粒，才导致了微粒产生可见的“布朗运动”。

热运动：在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。观察布朗运动，温度越高，悬浮微粒的运动就越明显。可见，分子的无规则运动与温度有密切的关系，温度越高，这种运动越剧烈。因此，我们把构成物质的大量分子这种永不停息的无规则运动叫作热运动。温度，正是分子热运动剧烈程度的宏观标志。

我们已经知道：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这就是分子动理论的三大基本内容。在热学研究中，常常以这样的基本假设为出发点，把物质宏观的热学性质和规律（如温度、压强）看作是微观粒子大量热运动的宏观表现。这样建立的理论叫作分子动理论。由于分子热运动是极度无规则的，所以，对于任何一个单独的分子而言，在每一时刻沿什么方向运动，以及运动的速率等多大，都具有极大的偶然性；但是，对于包含海量分子的整体而言，它们的集体行为却能表现出极其精确的统计规律性。

分子间作用力

气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。固体或液体不容易被压缩，那么，分子之间还会有空隙吗？水和酒精混合后的总体积变小了。这表明液体分子间存在着空隙。再如，压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，这表明固体分子之间也存在着空隙。分子间有空隙，大量分子却能聚集在一起，这说明分子之间存在着相互作用力。

当用力拉伸物体时，物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力，此时分子间的作用力表现为引力。当用力压缩物体时，物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力，此时分子间的作用力表现为斥力。分子之间的引力或斥力都跟分子间距离有关，那么，它们之间有怎样的关系呢？研究表明，分子间的作用力 $F$ 跟分子间距离 $r$ 的关系为：

• 当 $r < r_0$ 时，分子间的作用力 $F$ 表现为斥力。
• 当 $r = r_0$ 时，分子间的作用力 $F$ 为 $0$，这个位置称为平衡位置。
• 当 $r > r_0$ 时，分子间的作用力 $F$ 表现为引力。

那么，分子间为什么有相互作用力呢？我们知道，分子是由原子组成的。原子内部有带正电的原子核和带负电的电子。分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。

油膜法估算

分子十分微小。一个直径为 $\pu{E-3 mm}$ 左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢？下面我们通过一个实验来估测分子的大小——用油膜法估测油酸分子的大小。用油膜法估测油酸分子直径的大小是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法。

为了估测油酸分子的大小，我们把 $1$ 滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子（$\ce{C17H33COOH}$）中的烃基组成的。油酸分子中的一部分是羧基 $\ce{-COOH}$，它对水有较强的亲合力；而另一部分烃基 $\ce{-C17H33}$ 对水没有亲合力，要冒出水面。因此，油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。

尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为球形处理，并认为它们紧密排布。测出油膜的厚度 $d$，它就相当于分子的直径。实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面上，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。用 $1$ 滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 $V$ 和该油膜面积 $S$ 计算出油膜厚度，即可以粗略地认为，油膜的厚度 $d$ 等于 $1$ 滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 $V$ 与它在水面上摊开的面积 $S$ 之比。

1. 测量 $1$ 滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 $V$。配制一定浓度的油酸酒精溶液，用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。用它们的总体积除以总滴数，得到 $1$ 滴油酸酒精溶液的体积，再计算其所含纯油酸的体积 $V$。

   

2. 测量 $1$ 滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积 $S$。在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上。然后，用注射器向水面上滴 $1$ 滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散开，形成一块油膜。油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出它的轮廓。待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状。

3. 根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。然后，把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积 $S$。

大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为 $\pu{E-10 m}$。

固体的性质

食盐颗粒总是呈现立方体形，松香颗粒没有规则的几何形状。我们常见的固体，有些是晶体，有些是非晶体。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体，这些晶体有天然的、规则的几何形状。玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。非晶体没有规则的外形。

雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，它们都具有相似的几何形状，即图案中都有六个角。食盐晶体是正六面体形，明矾晶体总是八面体形，天然石英晶体（俗称水晶）的中间是一个六棱柱，两端是六棱锥。云母是一种矿物，化学成分为铝硅酸盐，可以剥成一片片的薄层。有些云母的绝缘性能很好，在过去没有塑料的年代，云母常在电器中当作绝缘物使用。

除了形状是否规则外，晶体和非晶体在物理性质上也有所不同。我们在初中已经学过，晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度，这就是区别之一。此外，其他物理性质也有差异。

从实验结果可以看出，玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，表明玻璃沿各个方向的导热性能相同；云母片上石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，表明云母沿不同方向的导热性能不同。还有些晶体沿不同方向的导电性能不同；而有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫作各向异性。方解石晶体是各向异性的晶体，它能把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。

从金属的显微图样中可以看到，它是由许多细小的晶粒组成。每个晶粒都是一个小的单晶体，有规则的形状且各向异性。但是，由于这些小的单晶体的取向杂乱无章，所以金属没有确定的几何形状，也不显示各向异性，仅保留了在一定压强下具有确定熔点的特征，我们把它称为多晶体。蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块，看起来没有确定的几何形状。但是用放大镜观看，仍可以发现组成糖块的一个个晶体粒。粘在一起的糖块也是多晶体，单个的蔗糖晶体颗粒是单晶体。

为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同？人们认为很可能是它们的微观结构不一样。从 17 世纪到 19 世纪，陆续出现了一些假说，某一种假说认为各种晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的，但是，由于当时检测技术的限制，缺少实验证据，所以这些想法只能是假说。到了 20 世纪初，通过 X 射线在晶体上衍射的实验，这种假说才得到证实。在 20 世纪 70 年代，人们又用电子显微镜观察到了铀、钍原子的像。1982 年，人们用扫描隧道显微镜观察到物质表面原子的排列。

在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。例如，碳原子的排列方式不同，会形成石墨或金刚石。石墨是层状结构，层与层之间距离较大，原子间的作用力比较弱，所以石墨质地松软，可以用来制作粉状润滑剂；金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃。原子（或者分子、离子）并不是静止不动的，它们在不停地振动。同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。例如，天然石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。

液体的性质

观察结果表明，用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜后，另一侧肥皂膜就会立即收缩把松弛的棉线绷紧，并且始终向着肥皂膜一侧收缩，液体的表面具有收缩趋势。

液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层。表面层与液体内部的微观结构不同。在第一章我们已经了解了分子间的作用力跟分子间距离的关系问题。在液体内部，分子间平均距离 $r$ 略小于 $r_0$，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子比较稀疏，分子间距离 $r$ 略大于 $r_0$，分子间的作用力表现为引力。

设想在液体表面画一条分界线 $MN$，把液体表面分为 1、2 两部分，MN两侧的液体之间存在着一对与 $MN$ 垂直、大小相等、方向相反的作用力（如果液面是曲面，这种作用力与液体表面相切）。由于 $MN$ 是任意画的，所以这种力在液体表面层内的各个方向上都存在，力的方向总是跟液面相切，且与分界线垂直。这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。

在一块洁净的玻璃板上滴一滴水，我们看到，这滴水会逐渐散开并附着在玻璃板上；在一块涂了蜡的玻璃板上滴一滴水，这滴水却可以滚来滚去，而不能附着在蜡面上。这个结果表明，水可以润湿玻璃，但水不能润湿蜡。一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润。

当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体。反之，液体则不浸润固体。一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系。例如，水银不浸润玻璃，但浸润铅。如果把水银滴到干净的铅板上，水银就会附着在铅板上，很难擦去。液体放在玻璃管中，液面与管壁接触的位置是弯曲的，但有的向上弯，有的向下弯。这也是浸润与不浸润两种现象的区别。

实验结果表明，洁净细玻璃管内的液面比水面高；塑料笔芯内的液面比水面低。管的内径越小，上述现象就越明显。像这样浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度。

有些物体内部有许多细小的孔道，孔道起到了毛细管的作用。例如，土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面。如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管。相反，如果想把地下的水分引上来，就不仅要保持土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用磙子压紧土壤。

液晶与显示

液晶在现代生活中扮演着重要角色，广泛应用于手机屏幕、平板电视等显示设备中。构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的 $5$ 倍以上。这种长棒状的分子结构，使分子集合体中的分子在没有外界干扰的情况下趋向相互平行排列。液晶具有液体的流动性，但在低温时液晶会凝固成结晶态，不仅分子的取向是有序的，而且分子重心的位置也是有序的。如果把结晶态分子的有序排列程度定为 $1$ 的话，则当温度升高时，晶体中分子的热运动增强，使分子重心位置的有序性消失，转为液晶态，分子取向有序程度也下降为 $0.6$。当温度进一步升高时，分子取向有序性也消失，完全进入无序的状态，变成液态。可见，液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的浓度范围具有液晶态。

分子取向排列的液晶具有光学各向异性，具体地说，沿分子长轴方向上的折射率不同于沿短轴的。入射光的偏振方向与液晶分子长轴的方向成不同夹角时，液晶对光的折射率不同。因此，一束非偏振光射入液晶层后再射出时，由于液晶折射率的各向异性会产生两束光程不同的光。这样两束光在出射点处矢量叠加（等效于干涉），我们在显微镜下就可以观察到某种色光。

液晶显示：某种液晶分子取向可沿轴旋转，形成连续扭曲状态，TN 模式显示器里用的就是这种液晶。扭曲排列的液晶分子具有旋光性，即光的偏振方向沿液晶的排列方向旋转。上、下基板外侧附着两片透光轴互相垂直的偏振片，上侧的偏振片透光轴与上侧基板处的液晶取向平行，下侧的偏振片透光轴与下侧基板处的液晶取向平行。上、下基板内侧带有透明电极。中间部分的液晶分子则连续扭曲 90° 排列。不加电场时，自然光通过第一块偏振片变为平行于上基板处液晶取向的偏振光，偏振光被液晶层旋光，转过 90° 后偏振方向正好与下基板处偏振片的透光轴相平行，光透过时呈现亮态。加电场后，原来扭曲排列的液晶分子变为垂直平行排列，液晶分子沿电场方向竖起，透过第一块偏振片的偏振光通过液晶层时不再发生旋光，到达出射端的偏振片时，透光轴与出射光的偏振方向垂直，光被截止，呈现暗态。

如果电场不够强，液晶分子处于半竖立状态，旋光作用也处于半完全状态，则会有部分光透过，呈现中间灰度。当液晶用于显示时，要将上、下基板的电极刻蚀成条形，两基板上的条形电极垂直对置，每两个极板对应的位置就是一个像素，它有自己的 $x,y$ 坐标，如此形成了像素的“矩阵”用于“电寻址”。选通的像素为开态，未选通的像素为关态。为了具有彩色显示，每一个像素又分为三个子像素对应红、蓝、绿三基色彩色滤光膜。对三个子像素的光强分别进行调制，通过三基色混色获得彩色显示。这就是液晶显示器的基本工作原理。液晶显示器轻便、节能且只需低压（小于 $\pu{5 V}$）驱动，目前已经广泛应用在便携式设备上。

液晶的研究在生命科学中也有应用。例如，某些物质在水溶液中能够形成薄片状液晶，而这正是生物膜的主要构成部分。目前在实验室中已经可以利用这样的人造生物膜研究离子的渗透性，从而了解机体对药物的吸收等生理过程。另外，在脑、肌肉和视网膜等多种人体组织中都发现了液晶结构，有关液晶的研究已经成为物理科学与生命科学的一个重要结合点。

纳米和超分子

在一定温度范围内，既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的物质称为液晶，液晶是一种介于液态和固态之间的物质，既不属于液态也不属于固态。液晶在折射率、磁化率、电导率宏观性质方面表现为各向异性，其内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。

纳米材料是在三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料，纳米材料通常由直径为几个或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米材料内部具有晶状结构，界面则为无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物质的独特性质。

纳米材料的结构离子是排列成了纳米量级的原子团。通常，组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各占原子总数的一半左右，从而形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高。纳米材料具有良好的物理性质和化学性质，在声光电磁热力化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构微粒构成的材料。

超分子是由两种或两种以上的分子或离子等微粒通过分子间的相互作用形成的分子聚集体，通常是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用和一些弱的配位键（通常认为不是化学键，即使有的时候看起来表现和配位键会有些相似）。超分子聚集体的大小，有的是有限的，有的是无限伸展的分子聚集体。

• 有些超分子可以通过尺寸匹配形成分子识别，超分子组装的过程称为分子的自组装，自组装过程是使超分子产生高度有序的过程。超分子在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽、环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用场景。

• 杯酚分离 C60 和 C70：杯酚与 C60 通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别。向 C60 和 C70 的混合物中加入一种空腔大小适配 C60 的杯酚，再加入甲苯溶剂，溶解未装入杯酚的 C70，过滤后分离 C70，再向不溶物中加入氯仿，溶解杯酚而将不溶的 C60 释放出来并沉淀。

• 冠醚识别金属离子：杯酚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子、尤其是碱金属离子络合（形成弱的共价键，也算是共价键，尽管不典型），利用此性质可以识别金属离子。冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，从而成为有机反应中很好的催化剂，可以用于催化例如高锰酸钾参与的非水溶液有机反应。

• 细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团，而尾基是非极性集团。头部为亲水基团，头部会朝向水溶液一侧，从而实现自组装。此外，核酸 DNA 的双螺旋结构🧬是靠氢键来维持的。

超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60 等）的发展密切相连，而且与分子的自组装（双分子膜、胶束、DNA 双螺旋等）、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。