分子

分子（英語：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拍攝的並五苯分子（分子長度約 14 Å），對照下圖的球棍模型可分辨出其分子中呈直線排列的五個苯環

一个分子常由多个原子在共價鍵中通过共用電子連接一起而形成。它可以由相同的化學元素构成，如氧氣分子 ${\ce {O2}}$ ；也可以由不同的元素构成，如水分子 ${\ce {H2O}}$ 。若原子之間由非共價鍵的化學鍵（如離子鍵）所結合，一般不會視為是單一分子^[5]。

在不同的領域中，分子的定義也會有一點差異：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；在氣體動力論中，分子是指任何构成气体的粒子，此定義下，單原子的惰性氣體也可視為是分子^[6]。而在量子物理、有機化學及生物化學中，多原子的離子（如硫酸根）也可以視為是一粒分子。

同一分子的不同畫法。左、中圖為立體模型，右圖為平面表示。（左）黑、白色球體分別代表碳、氫原子，球體間的柱體表示化學鍵。模型被一團雲包圍，代表著分子的表面，紅、藍色分別代表正、負電。（中）與左圖相似。淺藍、白色球體分別代表碳、氫原子，柱體表示化學鍵。（右）這種利用化學符號和直線來表示分子結構的畫法稱為結構式。

分子可根据其构成原子的数量（原子數）分为单原子分子，双原子分子等。

在氣体中，氫分子（ ${\ce {H2}}$ ）、氮分子（ ${\ce {N2}}$ ）、氧分子（ ${\ce {O2}}$ ）、氟分子（ ${\ce {F2}}$ ）和氯分子（ ${\ce {Cl2}}$ ）的原子數是2；固体元素中，黃磷（ ${\ce {P4}}$ ）原子數是4，硫（ ${\ce {S8}}$ ）的是8。所以，氬（ ${\ce {Ar}}$ ）是單原子的分子，氧氣（ ${\ce {O2}}$ ）是雙原子的，臭氧（ ${\ce {O3}}$ ）則是三原子的。

許多常見的有機物質都是由分子所組成的，海洋和大氣中大部份也是由分子組成的。但地球上主要的固體物質，包括地函、地殼及地核中雖也是由化學鍵鍵結，但不是由分子所構成。在離子晶體（像食鹽）及共價晶體有反覆出現的晶体结构，但也無法找到分子。固態金屬是用金屬鍵鍵結，也有其晶体结构，但也不是由分子組成。玻璃中的原子之間依化學鍵鍵結，但是既沒有分子的存在，其中也沒有類似晶體反覆出現的晶体结構。

歷史

約翰·道爾頓

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，化學家約翰·道爾頓在1803年及1811年提出的定比定律及倍比定律，也支持分子學說^[8]，因此許多化學家接受分子學說。可是許多邏輯實證主義者及像恩斯特·馬赫、路德維希·波茲曼、詹姆斯·馬克士威、約西亞·吉布斯等物理學家不接受分子學說，認為分子只是一種方便處理的數學結構，不是實際存在的物質。一直到讓·佩蘭在布朗運動相關的研究中，才證實了分子學說。

特性

分子大小

大部分的分子无法藉由電子顯微鏡看见，最小的分子是H₂，其鍵長為0.74 Å^[9]。有機合成中常用到的分子大小約從數Å至數十Å。曾經製造過直徑1000 Å（100 nm）介孔氧化硅（英语：Mesoporous silica），是最大的分子^[10]。一般分子雖无法由電子顯微鏡看见，但利用在特定環境下可以用原子力显微镜觀察，甚至可以觀察到一些小分子及一些原子的外觀，而像DNA是高分子化合物，就可以用電子顯微鏡看見。

大型的分子包括有高分子或超分子等。

半徑

等效分子半徑是指分子在溶液中所佔的大小^[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。

分子的一个特徵就是組成化合物的元素比例總是整數。例如，純水中氫和氧的比例總是2:1，乙醇中碳、氫、和氧總是以2:6:1的比例組合。利用各種元素的比例和化學符號就可以組成分子的實驗式。但是單憑實驗式是無法決定分子的類別——如乙烯的實驗式就與丙烯一樣（同是CH₂），儘管這兩粒分子的原子數或質量都不同。

要反映分子中各種原子的真實數量，就要利用化學式。例如乙烯和丙烯的化學式分別為 ${\ce {C2H4}}$ 和 ${\ce {C3H6}}$ 。

分子量可以用化學式計算而得，是分子质量与¹²C质量的1/12之比值。若是網狀固體，則會用化學計量方式計算．稱為式量（英语：formula unit）。

分子幾何

由量子力學定律的演算，分子有固定的平衡几何狀態——鍵的長度和之間的角度。純物質都是由相同几何結構的分子組合而成的。分子的化學式和結構是決定它的特質，尤其是它的化學活性的兩要素。

同分異構體是指二種化合物組成分子的種類及粒數相同，但其結構不同。同分異構體有相同化學式，但不同結構，不同特質，例如乙醇和甲醚結構不同，但化學式都是 ${\ce {C2H6O}}$ ，屬於结构异构。

立體異構體是一種特別的異構體，它們可以有很相似的物理及化學性質，而由於原子在空間中的排列不同，具有相當不同的生物化學性質^[13]，例如維生素C有兩種立体异构体，但人體只能吸收其中一種的維生素C。

分子的電氣及光學特性

分子在電場中的特性和分子的電子分佈特性有關，包括其偶極矩及極化性。

分子的電偶極矩是指分子中正電荷和負電荷分佈的不對稱。分子若有對稱中心，例如 ${\ce {H2}}$ ，則偶極矩為零，反之亦然。

分子的極化性是指分子因外在電場作用而改變其電子雲形狀的程度，結果會使得分子會因電場而產生電偶極矩。

分子的光學特性和其在光產生的交流電場下的行為有關，也可以用分子的極化性來得知。極化性和光的折射、散射、光學活性及其他分子光學研究的特性有關。

分子的磁特性

大部份化合物的分子及巨分子都是抗磁性。分子的磁化率 $\chi _{m}\,\!$ 是表示外磁場中被磁化的程度，抗磁性性物的磁化率略小於零。

有永久磁矩的分子具有順磁性，包括外層有奇數電子的分子（例如 ${\ce {NO}}$ 及自由基）以及分子中有部份原子的內層電子未填滿（如過渡金屬）。順磁性物質的磁化率會隨溫度而變化，因為電子的熱運動會降低磁場中的磁矩。

分子間作用力

分子間作用力是指電中性的分子在空間中的作用力，會隨著分子的極性而不同，其作用力相当複雜，一直到了量子力學出現後才對分子間作用力有進一步的了解。

兩粒極性分子（總偶極矩不為零的分子）之間會有分子間作用力^[14]，可能會使分子相吸或是排斥，若分子的偶極矩沒有互相抵消，其作用力會變強。

若是一粒極性分子和一粒非極性分子，會有產生誘導性的分子間作用力^[14]。極性分子會極化非極性分子，若極性分子的負電荷較靠近非極性分子，會誘導非極性分子，使其正電荷較靠近極性分子。

分散力是指兩粒非極性分子之間的分子間作用力^[14]。一般來說，非極性分子的總偶極矩為零，不過在特定時間，因為電子在分子中的分佈情形，會產生瞬時偶極。瞬時偶極可能會極化其他的非極性分子，或是兩粒有瞬時偶極的分子會互相影響。

化學、物理學及生物學中的分子

分子是化學的基礎概念，大部份有有關分子結構及功能的資訊都要透過化學研究才能得到。分子結構決定了化學反應的特性。

分子的結構及性質都是被分子物理學中研究的物理現象所影響。在物理上，分子的概念可以說明氣體、液體及固體的特性。例如分子擴散的能力、黏度、導熱係數等。第一次直接證明分子存在的實驗是在1906年由法國科學家让·佩兰，在研究布朗運動時發現的。

所有生物都是因為分子間的化學、非化學作用巧妙平衡而存活。對於分子結構及特性的研究是在生物學或是科學上都很重要。

生物學、化學及分子物理學的進展產生了分子生物學，依照生物中基本化合物的結構及特性，研究生物的基本特性。

参考文献

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外部連結

http://www.chm.bris.ac.uk/motm/motm.htm （页面存档备份，存于互联网档案馆）

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