分子

分子（粵拼：fan6 zi2）係由兩粒或以上原子俾化學鍵黐埋之後嘅產物。佢哋有特定結構，可以睇成物質，通常係化合物嘅基本單位。

分子由好幾粒原子合埋一齊而成。佢可以由同一隻元素嘅原子組成，例如氧氣O₂；亦都可以由唔同元素組成，例如水分子H₂O。

同一粒分子唔同嘅畫法。左面、中面係立體模型，右面嗰幅係平面畫法。（左）黑、白色個圓圈分別代表碳、氫嘅原子，圓圈之間嘅柱體表示化學鍵；模型俾團雲包圍，代表住分子嘅表面；紅、藍色分別代表正、負電。（中）同左圖類似。淺藍、白色圓圈分別代表碳、氫嘅原子，柱體表示化學鍵。（右）爾種用化學符號同直線嚟表示分子結構嘅畫法叫結構式。

歷史

内文：分子理論史

隨住對分子結構嘅認識愈嚟愈深，分子嘅定義都有演變過。早期嘅定義冇咁準確，將分子定義為純化學物質中依然keep住其組成同化學特性嘅最細粒粒子。^[1]不過呢個定義好多時都唔work，因為日常見嘅嘢好似岩石、鹽同金屬，其實係由化學bond埋嘅原子或離子砌成嘅大規模結晶網，根本唔係離散分子。

現代分子概念可以追溯到古希臘班哲學家，例如留基伯同德謨克利特，佢哋堅稱「宇宙係原子同虛空砌成㗎」。公元前450年左右，恩培多克勒諗出四大元素（火（）、土（）、風（）、水（））同埋「吸同𢱕嘅力」令元素有互動。

第五元素「以太」被當成天體嘅終極建材。留基伯同恩培多克勒嘅諗頭，連埋以太論，俾亞里士多德buy咗，再傳到中世紀同文藝復興時期嘅歐洲。

實際啲講，「分子」嘅概念源自1661年羅伯特·波義耳喺《懷疑嘅化學家》度嘅hypothesis——物質由「粒子group」組成，化學變化就係粒子group重新執位。波義耳堅稱物質嘅基本元素係唔同type同size嘅「微粒」（corpuscles），可以group埋一齊。到1789年，威廉·希金斯提出「終極粒子」結合嘅理論，疑似係原子價概念嘅前身。例如佢話，氧同氮嘅終極粒子之間嘅力如果係6，咁條力就會咁樣分，其他粒子組合都係同理。

阿莫迪歐·阿伏伽德羅係「分子」呢個term嘅原創者。^[2]佢喺1811年篇論文《論測定基本分子嘅相對質量》度講到（根據J·R·柏廷頓本《化學簡史》）：^[3]

氣體最細粒嘅嘢唔一定係單一粒原子，而係一堆原子靠吸引力黐埋嘅單一分子。

跟住到1833年，法國化學家馬克·安托萬·奧古斯特·高丹用「體積圖」清清楚楚噉解釋阿伏伽德羅假說，show埋半桶水分子結構（例如直線水分子）同正確分子式（例如H₂O）：

高丹嘅氣體分子體積圖（1833年）

1917年，當時仲係nobody嘅美國化學工程學生萊納斯·鮑林學緊主流嘅道耳吞鈎眼鍵結法，但佢覺得唔夠正，於是走去新興嘅量子力學度搵答案。1926年，法國物理學家讓·佩蘭成功proof分子存在，攞到諾貝爾物理獎。佢用三種液相方法計到阿伏伽德羅常數：藤黃乳膠實驗、布朗運動研究同埋驗證愛因斯坦嘅液相粒子轉動理論。^[4]

1927年，物理學家弗里茨·倫敦同瓦爾特·海特勒將量子力學應用喺氫分子嘅「吸同𢱕力」（即交換力）。佢哋篇合著論文^[5]用價鍵理論拆解，正式將化學歸入量子力學範疇。呢個研究影響咗啱啱攞博士、用古根漢獎學金去蘇黎世交流嘅鮑林。

1931年，鮑林基於海特勒-倫敦理論同吉爾伯特·路易斯嘅研究，出咗篇超勁論文〈化學鍵嘅本質〉^[6]，用量子力學計埋啲鍵角、鍵旋轉等分子特性，仲提出sp³混成軌域解釋CH₄呢類分子——四個sp³軌域同氫嘅1s軌域撞埋，形成四條長度力度一樣嘅σ鍵：

sp³混成軌域同氫原子s軌域撞埋示意圖

分子科學

分子科學叫「分子化學」或「分子物理學」，睇你focus化學定物理。分子化學專研究分子點interact導致化學鍵形成同斷裂；分子物理就專攻分子結構同特性。實際上兩者好難界線分明。科學上，分子指兩個或以上原子黐埋嘅穩定系統（束縛態）。多原子離子可以當係帶電分子，而「唔穩定分子」即係超reactive短命種，例如自由基、分子離子、里德伯分子、過渡態、范德華complex或者原子撞埋一齊嘅系統。

存在形式

分子係物質常見成分，亦係海洋同大氣嘅主要組成。大部分有機物（例如蛋白質、氨基酸、核酸、糖、碳水化合物、脂肪、維他命）都係分子；但營養礦物多數係離子化合物（例如硫酸亞鐵），唔算分子。

不過地球大部分固態嘢係晶體或離子化合物（例如地殼嘅沙、黏土、石仔、岩石、地幔熔融物同地核），有化學鍵但冇明確分子結構。

典型分子定義唔apply喺鹽或共價晶體（例如石墨烯、鑽石、石英、氯化鈉），雖然呢啲嘢由重複晶胞砌成。金屬係金屬鍵凝聚態，固態金屬唔係分子砌嘅。玻璃呢類非晶體固體，原子靠化學鍵黐埋，但冇明確分子或晶胞規律。

鍵結

分子通常靠共價鍵黐埋一齊。有啲非金屬元素喺自然界只會以分子形式存在，無論係化合物定同核分子，唔會單獨存在——例如氫氣。

有人話金屬晶體可以當係由金屬鍵黐埋嘅巨型分子^[7]，但亦有人指出金屬嘅行為同一般分子完全唔同^[8]。

共價鍵

兩個氫原子共享電子形成H₂分子（右）

内文：共價鍵

共價鍵係原子之間共享電子對嘅化學鍵。呢啲電子對叫做「共享對」或「鍵合對」，當原子共享電子時，吸引力同排斥力嘅平衡狀態就係共價鍵^[9]。

離子鍵

内文：離子鍵

鈉同氟發生氧化還原反應生成氟化鈉。鈉原子甩咗外層電子形成穩定結構，呢個電子放熱噉進入氟原子

離子鍵係靠正負離子之間嘅靜電吸引力形成，主要出現喺離子化合物。離子分兩種：甩咗電子嘅陽離子同搶咗電子嘅陰離子^[10]。呢種電子轉移叫「電價鍵」，同共價鍵唔同。最簡單情況係金屬陽離子配非金屬陰離子，但複雜起上嚟可以有分子離子如NH₄⁺或SO₄²⁻。常溫常壓下，離子鍵通常形成固體（間中液體），冇獨立分子結構，但蒸發時會產生完整分子，電子轉移程度足以維持離子鍵特性。

分子尺寸

大部分分子細到肉眼睇唔到，但聚合物分子（例如DNA）可以大到宏觀尺寸。有機合成常用嘅分子大約幾埃（Å）到幾十埃，即係十億分之一米。雖然普通光學顯微鏡睇唔到單一分子，但用原子力顯微鏡可以描繪細分子甚至原子輪廓。最大嘅分子包括大分子同超分子。

最細嘅分子係雙原子氫（H₂），鍵長0.74 Å^[11]。

溶液入面分子顯示嘅實際大小叫「有效分子半徑」，不同物質滲透選擇性表有具體例子^[12][13]。

分子式

化學式類型

内文：化學式

分子嘅化學式用元素符號、數字同埋括號、連接號等標記一行寫晒，可以包含上下標。

實驗式係最簡單嘅化學式^[14]，表示元素最簡整數比。例如水（H₂O）氫氧比2:1，乙醇（C₂H₆O）碳氫氧比2:6:1。不過實驗式唔代表獨一無二，二甲醚同乙醇實驗式一樣。原子排列唔同嘅分子叫同分異構體，好似碳水化合物雖然碳氫氧比1:2:1，但原子總數可以唔同。

分子式精確顯示原子數量，可以區分唔同分子。但同分異構體原子組成相同都算唔同分子。

分子式同實驗式通常一樣，但唔一定。例如乙炔分子式C₂H₂，實驗式CH。

分子量可以根據化學式計算，單位係原子質量單位（等於碳-12原子質量1/12）。網狀固體計算時會用式量單位。

結構式

3D（左同中）同2D（右）嘅萜類分子atisane結構

内文：結構式

對於複雜3D結構嘅分子（尤其係原子連住四個唔同取代基），普通分子式甚至半結構式都唔夠清楚。呢個時候就要用圖形化嘅結構式。結構式可以用文字命名，但需要大量非公式專用術語。