Hemijski spoj jeste čista hemijska supstanca koja se sastoji iz dva ili više različitih hemijskih elemenata, a koja se pomoću hemijskih reakcija može razdvojiti u jednostavnije supstance. Svaki hemijski spoj ima jedinistvenu, definiranu hemijsku strukturu. Oni se sadrže od atoma u fiksnom omjeru koji su povezani jedan s drugim hemijskim vezama u definiranom prostornom rasporedu. Hemijski spojevi mogu biti molekularni spojevi koji su povezani zajedno kovalentnim vezama, soli koje su nastale vezanjem atoma ionskim vezama, međumetalni spojevi koji se drže na okupu metalnim vezama ili kompleksi koji su povezani koordiniranim kovalentnim vezama. Razlika između hemijskog spoja i smjese ogleda se u tome što se smjesa može rastaviti na svoje pojedinačne sastojke fizičkim metodama razdvajanja (separacije), poput filtriranja, sedimentacije, destilacije i drugih.
Čisti hemijski elementi se ne smatraju hemijskim spojevima, čak i kada su oni sastavljeni iz molekula koje sadrže samo jednu vrstu atoma jednog elementa (kao naprimjer molekule H2, S8, itd.), a koje se nazivaju diatomne ili poliatomne molekule.
Šire definicije Postoje određeni izuzeci od gornje definicije, jer mnogi čvrsti hemijski materijali koji su uobičajeni na Zemlji (naprimjer mnogi silikatni minerali), nemaju jednostavne hemijske formule u kojima su različiti elementi spojeni hemijskim vezama jedan s drugim, ne stoje u tačnom i fiksnom omjeru. Takvi kristalni spojevi nazivaju se nestehiometrijski spojevi. Njihov sastav varira bilo zbog prisustva drugih elemenata koji su zarobljeni unutar njihove kristalne strukture bilo da nedostaje ili ima viška nekog od njihovih osnovnih elemenata. Takvi nestehiometrijski hemijski spojevi sačinjavaju najveći dio Zemljine kore i Zemljinog plašta.
Drugi spojevi, za koje se smatra da su hemijski identični, mogu imati različite količine težih ili lakših izotopa svojih sastavnih elemenata, a koji neznatno mijenjaju maseni omjer elemenata.
Historija Za formuliranje važnosti pojma hemijskog spoja, vrlo važnu ulogu igra zakon o stalnom omjeru masa, kojeg je definirao Joseph Proust 1799. godine. Ovaj zakon kaže da, bez obzira kako se neki hemijski spoj dobija, on se uvijek sastoji iz istih hemijskih elemenata, pri čemu se odnos masa ovih elemenata izražava malim cijelim brojevima. Nekoliko godina kasnije, John Dalton je 1803. je formulirao zakon umnoženih masenih odnosa prema kojem u slučaju kada od određenih elemenata može nastati dva ili više spojeva sa određenim masama nekog elementa, tako kombinirane mase drugih elemenata u tom spoju imaju takav odnos da njihov omjer također daje cijeli broj. Ova dva zakona su utrla put za razumijevanje atomske strukture materije. Koncept strukturnih formula hemijskih spojeva uveden je 1850tih godina, pri čemu najveću zaslugu ima njemački hemičar Friedrich August Kekule von Stradonitz.
Brojnost i raznovrsnost Ugrubo, danas naučnici razlikuju više od 80 miliona poznatih hemijskih spojeva, ionskih, tj. spojeva sličnih solima kao i kompleksa, metalnih kao i molekularnih spojeva. Također jedna od osnovnih podjela jeste podjela na neorganske i organske spojeve, pri čemu se kao organski, uz samo nekoliko izuzetaka, označavaju svi spojevi koji sadrže ugljik. U 2002. godini bilo je poznato oko 16 miliona organskih, tri miliona neorganskih spojeva i oko jedan milion polimera.
U osnovama, a u zavisnosti od načina i vrste veze između atomima elemenata iz kojih je sastavljen određeni spoj, mogu se razlikovati četiri osnovne vrste hemijskih spojeva: molekularni spojevi (po pravilu spojevi od jednog nemetalnog elemente i jednog ili više drugih nemetala) ionski spojevi (po pravilu sastoje se iz jednog metala i jednog ili više nemetala) metalni spojevi (od metala) kompleksi (kompleksni spojevi, od kationa metala i iona ili drugih molekula)
Tačnija, preciznija kategorizacija spojeva i njihova sistematizacija u neku od ova četiri kategorije može se načiniti pomoću razlika u elektronegativnošću elemenata koji ulaze u sastav nekog spoja. Međutim, postoje i određeni prelazni oblici između četiri navedena idealna tipa spojeva.
Molekularni spojevi Molekularni spojevi nastaju od dva ili više atoma nemetala. Oni su općenito izolatori, ne provode električnu struju, i uglavnom imaju relativno nisku tačku ključanja (osim spojeva sličnih dijamantu i vještačkim materijalima sa izuzetno velikim molekulama). Najmanji djelići molekularnih spojeva su neutralni spojevi atoma (molekule). Oni se mogu sastojati iz dva atoma (kao naprimjer ugljik(II)-oksid, CO), tri atoma (naprimjer ugljik-dioksid), a neki i do nekoliko hiljada ili desetina hiljada atoma (ogromne molekule, polimeri, naprimjer vještački materija polietilen ili molekula koja prenosi genetski materijal (DNK). Atomi u molekulama su povezani putem atomskih veza, tj. atomi koji su međusobno povezani zajednički koriste parove vanjskih elektrona.
Primjeri molekularnih spojeva, osim vode, su i gas metan, šećer, ugljik dioksid, polietilen itd.
Ionski spojevi thumb|Mineral željezo-sulfida (pirit), spoj iona željeza i sumpora thumb|Kristali kuhinjske soli Ionski spojevi (soli) sastoje se iz kationa i aniona. Oni su često poput soli: krhki, formiraju kristale imaju najčešće tačku topljenja i ključanja od spojeva s kovalentnom vezom, i provode električnu struju samo u smjesi ili otopini.
Ioni nastaju reakcijama atoma metala i nemetala, pri čemu atomi metala otpuštaju elektrone (oksidiraju), a te elektrone primaju atomi nemetala (reduciraju se). Tako nastali kationi metala i anioni nemetala se spajaju zbog elektrostatičke privlačnosti kristalnih iona. Prema vrsti nemetala koji učestvuju pri ionskim vezama razlikuju se sljedeći ionski spojevi: oksidi (kisik kao anion), sulfidi (sumpor), fluoridi (fluor), hloridi, bromidi, jodidi, nitridi (sa dušikom), karbidi (sa ugljikom), hidridi (sa vodikom) i drugi. Pored toga, u sastav aniona ulazi i kisik kao treći element, pa tako nastaju još i sulfati, hlorati, nitrati, karbonati itd.
Neki od primjera ionskih spojeva su željezo(III)-oksid (slično hrđi), pirit (željezo-sulfid), natrij-hlorid (kuhinjska so) i kalcij-sulfat (gips).
Međumetalni spojevi Međumetalni spojevi (često u svakodnevnom govoru poznati i kao legure) nastaju iz dva ili više metala. Oni su: vrlo dobri provodnici električne struje, dobro se mogu oblikovati, imaju metalni sjaj, dobro provode toplotu i na sobnoj temperaturi su uglavnom u čvrstom stanju.
thumb|Prahistorijske sjekire izrađene iz bronzanih legura. Bronza je bila jedan od prvih materijala koje je izradio čovjek (također pogledajte članak bronzano doba). Spajanje različitih metala u legure može se vršiti u proizvoljnim omjerima, naročito kada se radi o miješanju dva ili više istopljena metala u smjesu. Kada se grade međumetalni spojevi, tada su elementi koje ih grade sadržani u njima samo u tačno određenim količinskim omjerima (međumetalnim fazama, stehiometrijskim sastavima, vidi također i članak stehiometrija)
Primjeri legura su bronza (od bakra i kalaja), mesing (bakar sa cinkom) i bakar-nikl (metal za izradu kovanica). Primjeri međumetalnih spojeva su spojevi između magnezija i germanija (formula: Mg2Ge), Al2Cu, magnezij-silicid (Mg2Si), bronza Cu4Sn, te cementit Fe3C (od željeza i ugljika, pri čemu se ugljik ponaša kao metal) i WC (volfram-karbid).
Kompleksi thumb|Hemoglobin, jedan od osnovnih sastojaka krvi, kompleks željeza čija se struktura mijenja primanjem (oksidacijom) i otpuštanjem (redukcijom) kisika (reakcija građenja kompleksa). Spojevi višeg reda (kompleksi) nastaju putem reakcije građenja kompleksa, većinom iz kationa obojenih metala i molekula sa slobodnim elektronskim parovima (ligandima). Mnogi od kompleksa su izrazito obojeni raznim bojama.
Naprimjer, supstanca koja daje crvenu boju krvi, hemoglobin, sastoji se iz iona željeza(II) i molekula bjelančevina, te tamnoplavi kompleks bakar-tetramina sastavljen iz iona bakra(II) i amonijaka.
Binarni, ternarni i kvaternarni spojevi Hemijski spojevi se mogu podijeliti po broju hemijskih elemenata koji ulaze u njihov sastav.
Binarni spojevi sastavljeni su iz dva različita hemijska elemenata te imaju opću hemijsku formulu AxBy. Hlorovodik (HCl), natrij-fluorid (NaF) i voda (H2O) sastoje se iz dva hemijska elementa pa su prema tome svi oni binarni spojevi. Takvi spojevi mogu biti molekularni, ionski (soli) ili međumetalni spojevi.
Analogno tome, postoji i ternarni spojevi koji se sastoje iz tri različita elementa, kao naprimjer natrij-karbonat (Na2CO3), koji se sastoji iz natrija, ugljika i vodika.
Među kvaternarne spojeve spada naprimjer kalij-hidrogenkarbonat (KHCO3).
Međutim, pojam primarni spojevi u ovom smislu nema nikakvog smisla, jer se prema definiciji hemijski spoj treba sastojati iz najmanje dva različita hemijska elementa. Različite supstance koje su sastavljene iz samo jednog elementa (poput grafita, dijamanta i slično) nazivaju se alotropske modifikacije. U nekim izvorima za takve supstance koristi se i pojam elementarni spoj.
Organski spojevi
Molekularni spojevi, u kojima je sadržan ugljik spojen sa vodikom, označavaju se kao organski spojevi, uz izuzetak nekoliko neorganskih spojeva ugljika i oblika čistog elementarnog ugljika (grafit, dijamant i drugi). Oni sačinjavaju daleko najveći dio svih poznatih hemijskih spojeva, a njihova raznovrsnost kreće se od najjednostavnijih poput gasa metana iz grupe alkana, odnosno općenito ugljikovodika, do vrlo složenih spojeva. Pored ugljikovog "skeleta" (lanca), u organskim spojevima često se nalaze i mnoge druge atomske grupe, koji u znatnoj mjeri utječu na osobine organskih spojeva.
Prema ugljikovom skeletu (lancu), organski spojevi se otprilike mogu podijeliti na: alifatske ugljikovodike (alifate, između ostalih aciklične ugljikovodike, zasićene alkane, nezasićene alkene i alkine, te ciklične ugljikovodike. aromatske ugljikovodike (aromate, koji se dalje dijele na jednostavne i kondenzirane aromate), heterociklične spojeve, kao i biohemijske spojeve (alkaloide, aminokiseline, ugljikohidrate, bjelančevine, steroide, terpene, vitamine itd.)
Prema funkcionalnim grupama, organski spojevi se mogu podijeliti na: spojeve kisika i hidroksi-spojeve (alkohole, aldehide, estre, etre, ketone, karboksilne kiseline itd.) spojeve dušika (amine, amide, nitro-spojeve, nitrile), spojeve sumpora (alkantiole, sulfide, disulfide, estre sumporne kiseline, sulfone, sulfokside, tionamide, tioestre, tio kiseline itd.) spojeve fosfora (fosfate, fosfine), organometalne spojeve.
Osnovni koncepti Karakteristične osobine spojeva su: Hemijski elementi u spoju nalaze se u određenoj proporciji
Naprimjer jedan atom natrija i jedan atom hlora postaju jedna molekula natrij-hlorida (osnovnog sastojka kuhinjske soli)
Spojevi imaju konačan skup osobina
Elementi iz kojih se sastoji neki spoj, ne zadržavaju svoje prvobitne osobine.Naprimjer, vodik (zapaljivi gas koji ne podržava sagorijevanje) + kisik (nezapaljivi gas koji podržava sagorijevanje) postaju voda (nezapaljivi spoj koji ne podržava sagorijevanje)
Valencija predstavlja broj atoma vodika koji se mogu spojiti (kombinirati) s atomom nekog elementa da bi dali (proizveli) neki hemijski spoj.
Usporedba sa smjesama