分子
fēn zǐ
分子是由两个或更多原子通过共价键结合、作为一个整体运动的原子团,例如水或氧气。
Definition
分子是若干原子粘合在一起、作为一个整体运动的原子团,可以由同种原子构成,也可以由不同种原子构成。它是保持某物质化学性质的最小粒子,由两个或更多原子通过共价键连接而成;像 $H_2$、$O_2$、$N_2$ 这样的双原子单质以同种元素的分子形式存在,而像 $CO_2$ 和 $C_6H_{12}O_6$ 这样的分子化合物则含有不止一种元素。分子呈电中性,具有确定的结构:其几何构型可用价层电子对互斥理论(VSEPR)预测,并用键长和键角描述;分子的极性则取决于键的极性和分子的形状。分子质量是分子中各原子质量之和,一摩尔分子含有 $6.022 \times 10^{23}$ 个分子。
Example
一个水分子由两个氢原子和一个氧原子结合而成,空气中的氧分子则由两个氧原子结合而成。葡萄糖的分子式为 $C_6H_{12}O_6$,因此一个葡萄糖分子含有 $6$ 个碳原子、$12$ 个氢原子和 $6$ 个氧原子,共 $24$ 个原子;破坏其中任何一个化学键,得到的都不再是葡萄糖。水分子呈角形,$H$-$O$-$H$ 键角为 $104.5^\circ$,因为氧原子的两对孤对电子把化学键挤压在一起,这使水分子具有极性;二氧化碳分子呈直线形($180^\circ$),两个极性键相互抵消,因此二氧化碳分子是非极性的,这也是为什么 $CO_2$ 在室温下是气体而水是液体。
Key Insight
分子可以是单质,也可以是化合物,但分子并不等同于化合物;氧气是分子,却不是化合物。像食盐这样的离子化合物根本不形成分子,而是形成巨大的重复晶体结构,所以人们常说的一个食盐分子其实并不存在。分子的形状决定了它的功能:酶通过形状匹配来识别底物,药物通过形状与受体结合,即使原子和化学键完全相同,镜像分子也可能产生截然不同的生物学效应。