分子

分子（英语：molecule）是能保持物质特有化学性质，且能独立存在的最小电中性粒子。分子一般由两个或更多原子通过共价键形成，但亦有学者认为由一个原子组成的稀有气体，也是分子，称为“单原子分子”^[1]^[2]^[3]。分子化合物（molecular compound）就是一种分子，是相对于离子化合物的用语，特指两个或更多“不同”元素之原子以共价键结合的分子所组成的化合物^[4] 。

以STM拍摄的并五苯分子（分子长度约 14 Å），对照下图的球棍模型可分辨出其分子中呈直线排列的五个苯环

一个分子常由多个原子在共价键中通过共用电子连接一起而形成。它可以由相同的化学元素构成，如氧气分子 ${\ce {O2}}$ ；也可以由不同的元素构成，如水分子 ${\ce {H2O}}$ 。若原子之间由非共价键的化学键（如离子键）所结合，一般不会视为是单一分子^[5]。

在不同的领域中，分子的定义也会有一点差异：在热力学中，构成物质的分子（如水分子）、原子（如碳原子）、离子（如氯离子）等在热力学上的表现性质都是一样的，因此，都统称为分子；在气体动力论中，分子是指任何构成气体的粒子，此定义下，单原子的稀有气体也可视为是分子^[6]。而在量子物理、有机化学及生物化学中，多原子的离子（如硫酸根）也可以视为是一粒分子。

同一分子的不同画法。左、中图为立体模型，右图为平面表示。（左）黑、白色球体分别代表碳、氢原子，球体间的柱体表示化学键。模型被一团云包围，代表着分子的表面，红、蓝色分别代表正、负电。（中）与左图相似。浅蓝、白色球体分别代表碳、氢原子，柱体表示化学键。（右）这种利用化学符号和直线来表示分子结构的画法称为结构式。

分子可根据其构成原子的数量（原子数）分为单原子分子，双原子分子等。

在气体中，氢分子（ ${\ce {H2}}$ ）、氮分子（ ${\ce {N2}}$ ）、氧分子（ ${\ce {O2}}$ ）、氟分子（ ${\ce {F2}}$ ）和氯分子（ ${\ce {Cl2}}$ ）的原子数是2；固体元素中，黄磷（ ${\ce {P4}}$ ）原子数是4，硫（ ${\ce {S8}}$ ）的是8。所以，氩（ ${\ce {Ar}}$ ）是单原子的分子，氧气（ ${\ce {O2}}$ ）是双原子的，臭氧（ ${\ce {O3}}$ ）则是三原子的。

许多常见的有机物质都是由分子所组成的，海洋和大气中大部分也是由分子组成的。但地球上主要的固体物质，包括地幔、地壳及地核中虽也是由化学键键结，但不是由分子所构成。在离子晶体（像食盐）及共价晶体有反复出现的晶体结构，但也无法找到分子。固态金属是用金属键键结，也有其晶体结构，但也不是由分子组成。玻璃中的原子之间依化学键键结，但是既没有分子的存在，其中也没有类似晶体反复出现的晶体结构。

历史

约翰·道尔顿

分子的概念最早是由意大利的阿莫迪欧·阿伏伽德罗提出，他于1811年发表了分子学说，认为：“原子是参加化学反应的最小质点，分子则是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的最小质点。分子是由原子组成的，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子由不同元素的原子组成。在化学变化中，不同物质的分子中各种原子进行重新结合。”^[7]

在阿伏伽德罗之前，化学家约翰·道尔顿在1803年及1811年提出的定比定律及倍比定律，也支持分子学说^[8]，因此许多化学家接受分子学说。可是许多逻辑实证主义者及像恩斯特·马赫、路德维希·玻尔兹曼、詹姆斯·麦克斯韦、约西亚·吉布斯等物理学家不接受分子学说，认为分子只是一种方便处理的数学结构，不是实际存在的物质。一直到让·佩兰在布朗运动相关的研究中，才证实了分子学说。

特性

分子大小

大部分的分子无法借由电子显微镜看见，最小的分子是H₂，其键长为0.74 Å^[9]。有机合成中常用到的分子大小约从数Å至数十Å。曾经制造过直径1000 Å（100 nm）介孔氧化硅（英语：Mesoporous silica），是最大的分子^[10]。一般分子虽无法由电子显微镜看见，但利用在特定环境下可以用原子力显微镜观察，甚至可以观察到一些小分子及一些原子的外观，而像DNA是高分子化合物，就可以用电子显微镜看见。

大型的分子包括有高分子或超分子等。

半径

等效分子半径是指分子在溶液中所占的大小^[11]^[12]。

分子式

用元素符号和数字表示分子组成的式子称为分子式。

分子的一个特征就是组成化合物的元素比例总是整数。例如，纯水中氢和氧的比例总是2:1，乙醇中碳、氢、和氧总是以2:6:1的比例组合。利用各种元素的比例和化学符号就可以组成分子的实验式。但是单凭实验式是无法决定分子的类别——如乙烯的实验式就与丙烯一样（同是CH₂），尽管这两粒分子的原子数或质量都不同。

要反映分子中各种原子的真实数量，就要利用化学式。例如乙烯和丙烯的化学式分别为 ${\ce {C2H4}}$ 和 ${\ce {C3H6}}$ 。

分子量可以用化学式计算而得，是分子质量与¹²C质量的1/12之比值。若是网状固体，则会用化学计量方式计算．称为式量（英语：formula unit）。

分子几何

由量子力学定律的演算，分子有固定的平衡几何状态——键的长度和之间的角度。纯物质都是由相同几何结构的分子组合而成的。分子的化学式和结构是决定它的特质，尤其是它的化学活性的两要素。

同分异构体是指二种化合物组成分子的种类及粒数相同，但其结构不同。同分异构体有相同化学式，但不同结构，不同特质，例如乙醇和甲醚结构不同，但化学式都是 ${\ce {C2H6O}}$ ，属于结构异构。

立体异构体是一种特别的异构体，它们可以有很相似的物理及化学性质，而由于原子在空间中的排列不同，具有相当不同的生物化学性质^[13]，例如维生素C有两种立体异构体，但人体只能吸收其中一种的维生素C。

分子的电气及光学特性

分子在电场中的特性和分子的电子分布特性有关，包括其偶极矩及极化性。

分子的电偶极矩是指分子中正电荷和负电荷分布的不对称。分子若有对称中心，例如 ${\ce {H2}}$ ，则偶极矩为零，反之亦然。

分子的极化性是指分子因外在电场作用而改变其电子云形状的程度，结果会使得分子会因电场而产生电偶极矩。

分子的光学特性和其在光产生的交流电场下的行为有关，也可以用分子的极化性来得知。极化性和光的折射、散射、光学活性及其他分子光学研究的特性有关。

分子的磁特性

大部分化合物的分子及巨分子都是抗磁性。分子的磁化率 $\chi _{m}\,\!$ 是表示外磁场中被磁化的程度，抗磁性性物的磁化率略小于零。

有永久磁矩的分子具有顺磁性，包括外层有奇数电子的分子（例如 ${\ce {NO}}$ 及自由基）以及分子中有部分原子的内层电子未填满（如过渡金属）。顺磁性物质的磁化率会随温度而变化，因为电子的热运动会降低磁场中的磁矩。

分子间作用力

分子间作用力是指电中性的分子在空间中的作用力，会随着分子的极性而不同，其作用力相当复杂，一直到了量子力学出现后才对分子间作用力有进一步的了解。

两粒极性分子（总偶极矩不为零的分子）之间会有分子间作用力^[14]，可能会使分子相吸或是排斥，若分子的偶极矩没有互相抵消，其作用力会变强。

若是一粒极性分子和一粒非极性分子，会有产生诱导性的分子间作用力^[14]。极性分子会极化非极性分子，若极性分子的负电荷较靠近非极性分子，会诱导非极性分子，使其正电荷较靠近极性分子。

分散力是指两粒非极性分子之间的分子间作用力^[14]。一般来说，非极性分子的总偶极矩为零，不过在特定时间，因为电子在分子中的分布情形，会产生瞬时偶极。瞬时偶极可能会极化其他的非极性分子，或是两粒有瞬时偶极的分子会互相影响。

化学、物理学及生物学中的分子

分子是化学的基础概念，大部分有有关分子结构及功能的信息都要透过化学研究才能得到。分子结构决定了化学反应的特性。

分子的结构及性质都是被分子物理学中研究的物理现象所影响。在物理上，分子的概念可以说明气体、液体及固体的特性。例如分子扩散的能力、黏度、导热系数等。第一次直接证明分子存在的实验是在1906年由法国科学家让·佩兰，在研究布朗运动时发现的。

所有生物都是因为分子间的化学、非化学作用巧妙平衡而存活。对于分子结构及特性的研究是在生物学或是科学上都很重要。

生物学、化学及分子物理学的进展产生了分子生物学，依照生物中基本化合物的结构及特性，研究生物的基本特性。

参考文献

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外部链接

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