分子建模

分子可以由同種原子構成，也可以由不同種類的原子構成。最簡單的分子只含有一個原子，如稀有氣體的分子。大多數非金屬構成的分子為雙原子分子，如氮、氧等分子。化合物是由不同元素組成的分子，為數最多。

基本介紹

• 中文名：分子建模
• 學科：電子工程

定義

1.[molecule]∶物質的單元，能夠保持與原物質化學一致性的元素的最小粒子或原子的化學結合的最小粒子(如化合物)；分子是由原子組成的。在化學變化中，分子可再分，原子不可再分。

2.[numerator]∶分式中在橫線之上的那部分。

分子是獨立存在而保持物質化學性質的最小粒子。

分子有一定的大小和質量；分子間有一定的間隔；分子在不停的運動；分子間有一定的作用力;分子可以構成物質，分子在化學變化中還可以被分成更小的微粒：原子。分子可以隨著溫度的變化，在3態中互相轉換

同種分子性質相同，不同種分子性質不同。

最小的分子是氫分子的同位素，是沒有中子的氫分子，稱為氕，質量是1。大的分子其相對分子質量可高達幾百萬以上。相對分子質量在數千以上的分子叫做高分子。分子是組成物質的微小單元，它是能夠獨立存在並保持物質原有的一切化學性質的最小微粒。分子一般由更小的微粒原子構成，按照組成分子的原子個數可分為單原子分子，雙原子分子及多原子分子；按照電性結構可分為有極分子和無極分子。不同物質的分子其微觀結構，形狀不同，分子的理想模型是把它看作球型，其直徑大小為10E-10m數量級。分子質量的數量級約為10E^-26kg。

化學分析

物質中能夠獨立存在的相對穩定並保持該物質物理化學特性的最小單元。

分子由原子組成，原子通過一定的作用力，以一定的次序和排列方式結合成分子。以水分子為例，將水不斷分割下去,直至不破壞水的特性,這時出現的最小單元是由兩個氫原子和一個氧原子組成的水分子。水分子可用電解法或其他方法再分為兩個氫原子和一個氧原子，但這時它們的特性已和水完全不同了。有的分子只由一個原子構成,稱單原子分子，如氦和氬等分子屬此類，這種單原子分子既是原子又是分子。由兩個原子構成的分子稱雙原子分子，例如氧分子，由兩個氧原子構成，為同核雙原子分子；一氧化碳分子(CO)，由一個氧原子和一個碳原子構成，為異核雙原子分子。由兩個以上的原子組成的分子統稱多原子分子。分子中的原子數可為幾個、十幾個、幾十個乃至成千上萬個。例如二氧化碳分子由一個碳原子和兩個氧原子構成。一個苯分子包含六個碳原子和六個氫原子，一個豬胰島素分子包含幾百個原子。

物質中能獨立存在並保持其組成和一切化學特性的最小微粒。分子是由原子用化學鍵結合在一起而構成的，原子之間的作用力比較強，但分子之間的作用力卻相當弱，這種力稱為范德華力，所以分子在一定程度上表現出獨立粒子的行為。

最早提出比較確切的分子概念的化學家是義大利A.阿伏伽德羅，他於1811年發表了分子學說，認為：“原子是參加化學反應的最小質點，分子則是在游離狀態下單質或化合物能夠獨立存在的最小質點。分子是由原子組成的，單質分子由相同元素的原子組成，化合物分子由不同元素的原子組成。在化學變化中，不同物質的分子中各種原子進行重新結合。”

自從阿伏伽德羅提出分子概念以後，在很長的一段時間裡，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H.施陶丁格開始對這種小分子一統天下的觀點產生懷疑，他的根據是：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，而是具有共價鍵結構的長鏈大分子。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，它所採用的是平均分子量。

隨著分子概念的發展，化學家對於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線起來的一種無限結構，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。

在研究短壽命分子的方法出現以後，例如用微微秒光譜學研究方法，測得甲基的壽命為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，具有單數電子的結構。這種粒子還有CH·、CN·、HO·，它們統稱為自由基，僅具有一定程度的穩定性，很容易發生化學反應，由此可見自由基也具有分子的特徵，所以把自由基歸入分子的範疇。還有一種分子在基態時不穩定，但在激發態時卻是穩定的，這種分子被稱為準分子。

分子科學相關概念

分子設計

從分子水平上研究各種自然現象的科學稱為分子科學，例如動物學、遺傳學、植物學、生理學等正在掌握各種形式的不同種類分子的性能和結構，由分子的性能和結構設計出具有給定性能的分子，這就是所謂分子設計。

在化學變化中，分子會改變，而原子不會改變。

分子的運動

分子的存在形式可以為氣態、液態或固態。

分子除具有平移運動外，還存在著分子的轉動和分子內原子的各種類型的振動。分子內部的振動和轉動的幅度,比氣體和液體中分子的平動和轉動幅度小得多,分子的這種內部運動，並不會破壞分子的固有特性。通常所說的分子結構，是這些原子處在平衡位置時的結構。

分子的結構

分子的內部運動，決定分子光譜的性質，因而利用分子光譜，可以研分子的構型和構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C2H6O分子可以排列為乙醇分子，也可以排列為二甲醚分子，它們的結構式如圖2所示分子的結構式反映分子內部原子的排列次序。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,這種現象稱為同分異構現象，這些成分相同結構不同的分子稱為同分異構體。

分子的結構式一般只反映分子中原子的連線次序，而決定分子形狀的鍵長和鍵角的數值，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型。分子中原子間的化學鍵長與鍵角則稱為立體構型參數。

對有些分子，當它的構型確定時，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(C2H6)分子在相同的連線次序及雙原子分子純轉動光譜相同的鍵長鍵角數據下,還可以有交叉式和重疊式兩種不同形狀，這種情況稱為分子的構象。不同構象的分子，能量有一定差別，它們的對稱性亦不同，對於乙烷分子，常溫下交叉式的構象比較穩定。

分子常數

研究分子的力學性質、熱學性質、電學性質以及分子光譜等實驗數據，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和離子的最低能態的能量差）、離解能（即分子最低能態分解為原子基態的能量差）、核間距離（即鍵長）、分子振動的力常數、偶極矩等物理量，還可以給出描述分子振動和轉動狀態的物理量數據。這些數據統稱為分子常數，是描述分子結構和物理性質的重要數據。具體數值，見雙原子分子純轉動光譜。

分子質量原子通過化學鍵結合成分子，分子有確定的質量。分子的質量與12C原子質量的1/12之比叫做分子量。通常的碳元素由12C、13C、14C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(C2H6O)的分子量為2×12.011+6×1.088+1×15.999=46.069克。0.012千克的12C含12C原子6.0221367×10^23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。

通常把分子量大於10000的分子稱為高分子，當然這個界限並不是絕對的。分子量大到一定的程度，分子會出現一些特有的性質。高分子在工業上和生物化學上十分重要，例如塑膠、橡膠、油漆、木材、蛋白質、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，其中以質譜法最優越，現代的高分辨質譜儀測量分子量的精度可高於質量數的萬分之一。其他如氣體狀態法，可測定氣體分子的分子量，X射線衍射法可測量晶體的分子量，溶液滲透壓法主要套用於測定高分子的分子量等。

分子的壽命

處於基態的分子在光、熱、電等形式能量的作用下，可能改變結構，形成受激態（或稱激發態）分子。受激態分子存在的時間往往很短，有的壽命只有微秒數量級或更短，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、結構以及其他分子常數等進行過研究。

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、N₂H、NS、HCO等，這些分子在地球上是極不穩定的,但卻能穩定地存在於星際空間，這是因為它們處於分子極為稀薄的天空之中，在不受其他分子干擾的狀態下，可以長期存在。

實驗式

分子的一個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），儘管這兩個分子的原子數或質量都不同。

化學式

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C₂H₄和C₃H₆。

但化學式相同並不代表兩個分子是一樣的物質，因為分子中原子的排列和組合，亦即分子的結構，也是決定分子性質的要素。同樣的原子但排列不同的分子叫同分異構體。同分異構體有同一化學公式但因不同結構的關係有不同的特質。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，而同時有十分不同的生物化學性質。

由量子力學的定律的演算，分子有固定的平衡幾何狀態——鍵的長度和之間的角度。純物質都是由相同幾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。