分子（化學術語）

化學術語分子（化學術語）01化學術語最冷分子目錄02基本信息分子是由組成的原子按照一定的鍵合順序和空間排列而結(jié)合在一起的整體，這種鍵合順序和空間排列關系稱為分子結(jié)構(gòu)。由于分子內(nèi)原子間的相互作用?；瘜W術語分子結(jié)構(gòu)分子的鍵分子的特性概念發(fā)展高分子介紹分子運動010302040506化學術語分子常數(shù)化學式分子壽命化學術語分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)或稱分子立體結(jié)構(gòu)、分子、分子幾何，建立在光譜學一個水分子模型（水分子）數(shù)據(jù)之上，用以描述分子中原子的三維排列方式。分子結(jié)構(gòu)在很大程度上影響了化學物質(zhì)的反應性、極性、相態(tài)形狀、顏色、磁性和生物活性。分子結(jié)構(gòu)最好在接近絕對零度的溫度下測定，因為隨著溫度升高，分子轉(zhuǎn)動也增加。量子力學和半實驗的分子模擬計算可以得出分子形狀，固態(tài)分子的結(jié)構(gòu)也可通過X射線晶體學測定。體積較大的分子通常以多個穩(wěn)定的構(gòu)象存在，勢能面中這些構(gòu)象之間的能壘較高。分子結(jié)構(gòu)涉及原子在空間中的位置，與鍵結(jié)的化學鍵種類有關，包括鍵長、鍵角以及相鄰三個鍵之間的二面角。阿司匹林分子滲透模型原子在分子中的成鍵情形與空間排列：分子結(jié)構(gòu)對物質(zhì)的物理與化學性質(zhì)有決定性的關系。最簡單的分子是氫分子，1克氫氣包含1023個以上的氫分子。一個水分子中2個氫原子都連接到一個中心氧原子上，所成鍵角是105.3°。分子中原子的空間關系不是固定的，除了分子本身在氣體和液體中的平動外，分子結(jié)構(gòu)中的各部分也都處于連續(xù)的運動中。因此分子結(jié)構(gòu)與溫度有關。分子所處的狀態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶解在溶液中或吸附在表面上）不同，分子的精確尺寸也不同。因尚無真正適用的分子結(jié)構(gòu)理論，復雜分子的細致結(jié)構(gòu)不能預言，只能從實驗測得。分子的鍵分子的鍵有三種極限類型，即離子鍵、共價鍵和金屬鍵。定位于2個原子之間的鍵稱為定域鍵。由多個原子的共有電子形成的多中心鍵稱為離域鍵。此外還有過渡類型的鍵：鍵電子偏向一方的共價鍵稱為極性鍵，由一方提供成鍵電子的鍵稱為配位鍵。通過這些類型的鍵把原子按一定的空間排列結(jié)合成分子，形成分子的構(gòu)型和構(gòu)象。例如碳是共享電子對鍵（共價鍵）的基本參加者，碳和氫二種元素的原子可形成烴類化合物，正四面體構(gòu)的CH?是其中最簡單的烴，還可形成環(huán)狀化合物，例如環(huán)己烷；硅和氧是礦物質(zhì)的基本元素，云母和石英都含有硅氧單元。金屬原子被夾在烴環(huán)平面中間構(gòu)成夾心化合物。蛋白質(zhì)的基本成分是一端接堿性基，一端接酸性基的二官能分子α-氨基酸?；瘜W組成和分子量相同但分子結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)互稱為異構(gòu)體。當2種異構(gòu)體其他性質(zhì)相同，只是旋光方向相反，這一類異構(gòu)體稱作旋光異構(gòu)體。可用X射線等衍射法、各種光譜、波譜、能譜和質(zhì)譜法等測定或推測分子的結(jié)構(gòu)。分子的特性1.分子之間有間隔。例如：取50毫升酒精和50毫升水，混合之后，體積小于100毫升。2.一切構(gòu)成物質(zhì)的分子都在永不停息地做無規(guī)則的運動。溫度越高，分子擴散越快，固、液、氣中，氣體擴散最快。由于分子的運動跟溫度有關，所以這種運動叫做分子的熱運動。例如：天氣熱時衣服容易曬干3.一般分子直徑的數(shù)量級為10?1?m。4.分子很小，但有一定的體積和質(zhì)量。5.同種物質(zhì)的分子性質(zhì)相同，不同種物質(zhì)的分子性質(zhì)不同。概念發(fā)展最早提出比較確切的分子概念的是意大利化學家阿伏伽德羅，他于1811年發(fā)表了分子學說，認為：“原子是參加化學反應的最小質(zhì)點，分子則是在游離狀態(tài)下單質(zhì)或化合物能夠獨立存在的最小質(zhì)點。分子是由原子組成（構(gòu)成）的，單質(zhì)分子由相同元素的原子組成（構(gòu)成），化合物分子由不同元素的原子組成（構(gòu)成）。在化學變化中，不同物質(zhì)的分子中各種原子進行重新結(jié)合?！弊詮陌⒎さ铝_提出分子概念以后，在很長的一段時間里，化學家都把分子看成比原子稍大一點的微粒。1920年，德國化學家施陶丁格開始對這種小分子一統(tǒng)天下的觀點產(chǎn)生懷疑，他的根據(jù)是：利用滲透壓法測得的橡膠的分子量可以高達10萬左右。他在論文中提出了大分子（高分子）的概念，指出天然橡膠不是一種小分子的締合體，而是具有共價鍵結(jié)構(gòu)的長鏈大分子。高分子還具有它本身的特點，例如高分子不像小分子那樣有確定不變的分子量，它所采用的是平均分子量。隨著分子概念的發(fā)展，化學家對于無機分子的了解也逐步深入，例如氯化鈉是以鈉離子和氯離子以離子鍵互相連接起來的一種無限結(jié)構(gòu)，很難確切地指出它的分子中含有多少個鈉離子和氯離子，也無法確定其分子量，這種結(jié)構(gòu)還包括金剛石、石墨、石棉、云母等分子。在研究短壽命分子的方法出現(xiàn)以后，例如用微微秒光譜學研究方法，測得甲基（CH?·）的壽命為10?13秒，不但壽命短，而且很活潑，其原因是甲基的價鍵是不飽和的，具有單數(shù)電子的結(jié)構(gòu)。高分子介紹模擬一條高分子鏈高分子又稱高分子聚合物，高分子是由分子量很大的長鏈分子所組成，高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬。而每個分子鏈都是由共價鍵聯(lián)合的成百上千的一種或多種小分子構(gòu)造而成。高分子的分類有多種，按來源可分為天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類；根據(jù)用途則可分為合成樹脂和塑料、合成橡膠、合成纖維等；按熱行為可分為熱塑性和熱固性聚合物；按主鏈結(jié)構(gòu)可分為碳鏈、雜鏈、和元素有機三類；另外根據(jù)工業(yè)產(chǎn)量和價格還可分為通用高分子、中間高分子、工程塑料以及特種高分子等等。高分子組成：一個大分子往往由許多簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復鍵接而成。合成聚合物的原料稱為單體，通過聚合反應，單體才轉(zhuǎn)變成大分子的結(jié)構(gòu)單元。由一種單體聚合而成的聚合物稱為均聚物，由兩種以上單體共聚而成的聚合物則稱為共聚物。特點：高分子與低分子化合物相比較，分子量非常高。由于這一突出特點，聚合物顯示出了特有的性能，表現(xiàn)為“三高一低一消失”。既是：高分子量、高彈性、高黏度、結(jié)晶度低、無氣態(tài)。因此這些特點也賦予了高分子材料（如復合材料、橡膠等）高強度、高韌性、高彈性等特點。高分子類型：高分子化合物中的原子連接成很長的線狀分子時，叫線型高分子。這種高分子在加熱時可以熔融，在適當?shù)娜軇┲锌梢匀芙?。高分子化合物中的原子連接成線狀并帶有較長分支時，叫支鏈型高分子。分子運動分子運動演示儀分子的存在形式可以為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)。分子除具有平移運動外，還存在著分子的轉(zhuǎn)動和分子內(nèi)原子的各種類型的振動。固態(tài)分子內(nèi)部的振動和轉(zhuǎn)動的幅度，比氣體和液體中分子的平動和轉(zhuǎn)動幅度小得多，分子的這種內(nèi)部運動，并不會破壞分子的固有特性。通常所說的分子結(jié)構(gòu)，是這些原子處在平衡位置時的結(jié)構(gòu)。分子的內(nèi)部運動，決定分子光譜的性質(zhì)，因而利用分子光譜，可以研究分子內(nèi)部運動情況。分子的構(gòu)型和構(gòu)象相同成分的分子中，若原子的排列次序和排列方式不同，可形成不同的分子。例如C?H?O分子可以排列為乙醇分子，也可以排列為二甲醚分子，它們的結(jié)構(gòu)式所示分子的結(jié)構(gòu)式反映分子內(nèi)部原子的排列次序。組成分子的成分相同，而排列次序不同，形成兩種或兩種以上的分子，這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象，這些成分相同結(jié)構(gòu)不同的分子稱為同分異構(gòu)體。分子的結(jié)構(gòu)式一般只反映分子中原子的連接次序，而決定分子形狀的鍵長和鍵角的數(shù)值，需要通過實驗測定。反映分子中原子在空間的排列次序與分布稱為分子的構(gòu)型。分子中原子間的化學鍵長與鍵角則稱為立體構(gòu)型參數(shù)。對有些分子，當它的構(gòu)型確定時，分子的形狀大小也就確定了，例如水分子、甲烷分子、苯分子等。有些分子在一定的構(gòu)型條件下，分子的形狀還會隨原子的相對位置而改變。例如乙烷(C?H?)分子在相同的連接次序及雙原子分子純轉(zhuǎn)動光譜相同的鍵長鍵角數(shù)據(jù)下，還可以有交叉式(圖3之a(chǎn))和重疊式(圖3之b)兩種不同形狀，這種情況稱為分子的構(gòu)象。不同構(gòu)象的分子，能量有一定差別，它們的對稱性亦不同，對于乙烷分子，常溫下交叉式的構(gòu)象比較穩(wěn)定。分子常數(shù)在一定狀態(tài)下，分子的形狀和大小、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都是一定的。研究分子的力學性質(zhì)、熱學性質(zhì)、電學性質(zhì)以及分子光譜等實驗數(shù)據(jù)，可以獲得分子的平均運動速度、碰撞頻率、分子直徑（按球體直徑計算）、電離電位（即中性分子最低能態(tài)和離子的最低能態(tài)的能量差）、離解能（即分子最低能態(tài)分解為原子基態(tài)的能量差）、核間距離（即鍵長）、分子振動的力常數(shù)、偶極矩等物理量，還可以給出描述分子振動和轉(zhuǎn)動狀態(tài)的物理量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為分子常數(shù)，是描述分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重要數(shù)據(jù)。具體數(shù)值，見雙原子分子純轉(zhuǎn)動光譜。分子質(zhì)量原子通過化學鍵結(jié)合成分子，分子有確定的質(zhì)量。分子的質(zhì)量與12C原子質(zhì)量的1/12之比叫做分子量。通常的碳元素由12C、13C、1?C組成，因此碳的原子量為12.011。氫的原子量為1.088，氧的原子量為15.999，而乙醇(C?H?O)的分子量為2×12.011+6×1.088+1×15.999=46.069。0.012千克的12C含12C原子6.0221367×1023個，稱它為1摩爾（或1克原子）；同理，46.069克的乙醇含有同樣數(shù)目的乙醇分子，稱為1摩爾(或1克分子)的乙醇。通常把分子量大于10000的分子稱為高分子，當然這個界限并不是絕對的。分子量大到一定的程度，分子會出現(xiàn)一些特有的性質(zhì)。高分子在工業(yè)上和生物化學上十分重要，例如塑料、橡膠、油漆、木材、蛋白質(zhì)、核酸、多糖等等都是高分子材料。分子的分子量可通過實驗測定。測定分子量的方法很多，其中以質(zhì)譜法最優(yōu)越，現(xiàn)代的高分辨質(zhì)譜儀測量分子量的精度可高于質(zhì)量數(shù)的萬分之一。分子壽命分子處于基態(tài)的分子在光、熱、電等形式能量的作用下，可能改變結(jié)構(gòu)，形成受激態(tài)（或稱激發(fā)態(tài)）分子。受激態(tài)分子存在的時間往往很短，有的壽命只有微秒數(shù)量級或更短，故又稱為準分子。利用閃光光解和分子光譜等實驗，已對若干準分子的壽命、結(jié)構(gòu)以及其他分子常數(shù)等進行過研究。從射電天文學和分子光譜學的研究得知，星際之間存在許多分子，如OH、CN、SiO、CS、HCN、SO、CH、N?H、NS、HCO等，這些分子在地球上是極不穩(wěn)定的，但卻能穩(wěn)定地存在于星際空間，這是因為它們處于分子極為稀薄的天空之中，在不受其他分子干擾的狀態(tài)下，可以長期存在?；瘜W式要反映分子中各種原子的真實數(shù)量，就要利用化學式。例如乙烯和丙烯的化學式分別為C?H?和C?H?。但化學式相同并不代表兩個分子是一樣的物質(zhì)，因為分子中原子的排列和組合，亦即分子的結(jié)構(gòu)，也是決定分子性質(zhì)的要素。同樣的原子但排列不同的分子叫同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體有同一化學公式但因不同結(jié)構(gòu)的關系有不同的特質(zhì)。立體異構(gòu)體是一種特別的異構(gòu)體，它們可以有很相似的物理及化學性質(zhì)，而同時有十分不同的生物化學性質(zhì)。由量子力學的定律的演算，分子有固定的平衡幾何狀態(tài)——鍵的長度和之間的角度。純物質(zhì)都是由相同幾何結(jié)構(gòu)的分子組合而成的。分子的化學式和結(jié)構(gòu)是決定它的特質(zhì)，尤其是它的化學活性的兩要素。最冷分子靈感來源制造原理最冷分子制造原理光學洞北京時間2014年8月29日，據(jù)國外媒體報道，美國耶魯大學的科學家成功打造迄今為止溫度最低的分子。實驗中，他們將選定分子的溫度降到只比絕對零度高出2.5‰K。這一研究成果能夠應用于從量子化學到粒子物理學最基本理論測試等一系列領域，幫助科學家進行各種新研究。研究論文刊登在《自然》雜志上。研究中，耶魯大學的科學家利用激光降低一氟化鍶的溫度，這一過程被稱之為“磁光捕獲”。通過直接冷卻將分子溫度降至接近絕對零度(零下)是物理學領域的一個里程碑式成就。耶魯大學物理學教授和首席研究員戴夫-德米勒博士表示：“我們可以開始研究在接近絕對零度時發(fā)生的化學反應。我們有機會了解基本的化學機制?！边^去，磁光捕獲就是原子物理學家非常推崇的一項技術，但只在單個原子尺度。這項實驗取得的巨大成就是創(chuàng)造了有記錄以來分子——兩個或者更多原子群——溫度的最低紀錄。這項技術利用激光冷卻粒子同時將它們固定在適當位置。德米勒博士解釋說：“想象一下一個淺碗，里面裝著一點糖蜜。如果將一些球滾到碗里，它們會緩慢下沉，最后堆積在碗底。具體到我們的實驗，分子就是這些小球，裝糖蜜的碗通過激光束和磁場打造?！?/p>

靈感來源磁光捕獲技術利用激光將分子固定到適當位置一直以來，分子的復雜振動和旋轉(zhuǎn)還是一個巨大挑戰(zhàn)，無法進行磁光捕獲。耶魯大學的研究小組采取了一種獨特的方式進行捕獲，靈感來自于上世紀90年代的一篇晦澀的研究論文。這篇論文闡述了在一個通常無法滿足冷卻和捕獲要求的條件下產(chǎn)生的磁光捕獲型結(jié)果。德米勒和他的同事在一個地下實驗室研制他們的實驗儀