分子
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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。

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):

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:

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

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

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]。
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

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。
疏仕
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