分子
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物理術語,化學術語
科學研究發(fā)現(xiàn),任何物質都是由極微小的粒子組成的,我們把其中保持物質化學性質的最小微粒叫做分子(molecule)。
分子結構,或稱分子立體結構、分子形狀、分子幾何,建立在光譜學數(shù)據(jù)之上,用以描述分子中原子的三維排列方式。分子結構在很大程度上影響了化學物質的反應性、極性、相態(tài)、顏色、磁性和生物活性。
分子保持了物質原來的性質,一般分子的大小只有百億分幾。
分子由原子構成??諝馐怯筛鞣N分子構成。
原子=原子核+電子
原子核=中子+質子
中子(質子)=2頂夸克+1底夸克
分子結構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)分子的結構也可通過X射線晶體學測定。體積較大的分子通常以多個穩(wěn)定的構象存在,勢能面中這些構象之間的能壘較高。
分子結構涉及原子在空間中的位置,與鍵結的化學鍵種類有關,包括鍵長、鍵角以及相鄰三個鍵之間的二面角。
原子在分子中的成鍵情形與空間排列。分子結構對物質的物理與化學性質有決定性的關系。最簡單的分子是氫分子,1克氫包含1023個以上的氫分子。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104.5°。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,分子結構中的各部分也都處于連續(xù)的運動中。因此分子結構與溫度有關。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構理論,復雜分子的細致結構不能預言,只能從實驗測得。量子力學認為,原子中的軌道電子具有波動性,用數(shù)學方法處理電子駐波(原子軌道)就能確定原子間或原子團間鍵的形成方式。原子中的電子軌道在空間重疊愈多,形成的鍵愈穩(wěn)定。量子力學方法是建立在實驗數(shù)據(jù)和近似的數(shù)學運算(由高速電子計算機進行運算)相結合的基礎上的,對簡單的體系才是精確的,例如對水分子形狀的預言。另一種理論是把分子看成一個靜電平衡體系:電子和原子核的引力傾向于最大,電子間的斥力傾向于最小,各原子核和相鄰原子中電子的引力也是很重要的。為了使負電中心的斥力減至最小,體系盡可能對稱的排列,所以當體系有2個電子對時,它們呈線型排列(180°);有3個電子對時呈三角面排列,鍵角120°。
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合成分子,形成分子的構型和構象。例如碳是共享電子對鍵(共價鍵)的基本參加者,碳和氫2 種元素的原子可形成烴類化合物,正四面體構的CH4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)平面中間構成夾心化合物。蛋白質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構不同的物質互稱為異構體。當2 種異構體其他性質相同,只是旋光方向相反,這一類異構體稱作旋光異構體。可用X射線等衍射法、各種光譜、波譜、能譜和質譜法等測定或推測分子的結構。
分子之間有空隙,有間隔。最好的證明就是:取50毫升酒精和50毫升水,混合之后,體積卻小于100毫升。
一切物質的分子都在不停地做無規(guī)則的運動。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。同種分子化學性質相同,不同種分子化學性質不同?! ?/p>
數(shù)學術語
在數(shù)學界里,分子表示分數(shù)中寫在分數(shù)線上面的數(shù)。表示有理數(shù)全集時,為了簡便表達無限循環(huán)小數(shù)引入分數(shù)概念進行組合表達,分子作被除數(shù),分母作除數(shù),運算結果和整數(shù)一起對應全部有理數(shù)。
同理,可以用根數(shù)的開方形式表示(代數(shù)數(shù))實數(shù),循環(huán)開方數(shù)(級數(shù))形式表示(超越數(shù))實數(shù);維度排列組合數(shù)列表示復數(shù)等等……
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