分子

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 物理术语,化学术语

一个水分子模型

  科学研究发现,任何物质都是由极微小的粒子组成的,我们把其中保持物质化学性质的最小微粒叫做分子(molecule)。

分子结构,或称分子立体结构、分子形状、分子几何,建立在光谱学数据之上,用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。

分子保持了物质原来的性质,一般分子的大小只有百亿分几。

分子由原子构成。空气是由各种分子构成。

原子=原子核+电子

原子核=中子+质子

中子(质子)=2顶夸克+1底夸克

分子结构最好在接近绝对零度的温度下测定,因为随着温度升高,分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状,固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在,势能面中这些构象之间的能垒较高。

分子结构涉及原子在空间中的位置,与键结的化学键种类有关,包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。

阿司匹林分子渗透模型

原子在分子中的成键情形与空间排列。分子结构对物质的物理与化学性质有决定性的关系。最简单的分子是氢分子,1克氢包含1023个以上的氢分子。水分子中2个氢原子都连接到一个中心氧原子上,所成键角是104.5°。分子中原子的空间关系不是固定的,除了分子本身在气体和液体中的平动外,分子结构中的各部分也都处于连续的运动中。因此分子结构与温度有关。分子所处的状态(固态、液态、气态、溶解在溶液中或吸附在表面上)不同,分子的精确尺寸也不同。

因尚无真正适用的分子结构理论,复杂分子的细致结构不能预言,只能从实验测得。量子力学认为,原子中的轨道电子具有波动性,用数学方法处理电子驻波(原子轨道)就能确定原子间或原子团间键的形成方式。原子中的电子轨道在空间重叠愈多,形成的键愈稳定。量子力学方法是建立在实验数据和近似的数学运算(由高速电子计算机进行运算)相结合的基础上的,对简单的体系才是精确的,例如对水分子形状的预言。另一种理论是把分子看成一个静电平衡体系:电子和原子核的引力倾向于最大,电子间的斥力倾向于最小,各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的。为了使负电中心的斥力减至最小,体系尽可能对称的排列,所以当体系有2个电子对时,它们呈线型排列(180°);有3个电子对时呈三角面排列,键角120°。

分子的键有三种极限类型,即离子键、共价键和金属键。定位于2个原子之间的键称为定域键。由多个原子的共有电子形成的多中心键称为离域键。此外还有过渡类型的键:键电子偏向一方的共价键称为极性键,由一方提供成键电子的键称为配位键。通过这些类型的键把原子按一定的空间排列结合成分子,形成分子的构型和构象。例如碳是共享电子对键(共价键)的基本参加者,碳和氢2 种元素的原子可形成烃类化合物,正四面体构的CH4是其中最简单的烃,还可形成环状化合物,例如环己烷;硅和氧是矿物质的基本元素,云母和石英都含有硅氧单元 。金属原子被夹在烃环平面中间构成夹心化合物。蛋白质的基本成分是一端接碱性基,一端接酸性基的二官能分子α-氨基酸。化学组成和分子量相同但分子结构不同的物质互称为异构体。当2 种异构体其他性质相同,只是旋光方向相反,这一类异构体称作旋光异构体。可用X射线等衍射法、各种光谱、波谱、能谱和质谱法等测定或推测分子的结构。

分子之间有空隙,有间隔。最好的证明就是:取50毫升酒精和50毫升水,混合之后,体积却小于100毫升。

一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。由于分子的运动跟温度有关,所以这种运动叫做分子的热运动。同种分子化学性质相同,不同种分子化学性质不同。  

数学术语

在数学界里,分子表示分数中写在分数线上面的数。表示有理数全集时,为了简便表达无限循环小数引入分数概念进行组合表达,分子作被除数,分母作除数,运算结果和整数一起对应全部有理数。

同理,可以用根数的开方形式表示(代数数)实数,循环开方数(级数)形式表示(超越数)实数;维度排列组合数列表示复数等等……  

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