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化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型

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 化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型


化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型是指可以利用模型可以幫助人們記憶和理解物質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)和展示物質(zhì)分子中各元素的原子在空間的排列狀況。對(duì)于學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)有很大幫助,來推理論證與計(jì)算技術(shù),模擬出化學(xué)分子的外觀或性質(zhì),屬于計(jì)算化學(xué)與計(jì)算生物學(xué)領(lǐng)域的研究對(duì)象。并且是化學(xué)與生物學(xué)上,如結(jié)構(gòu)生物學(xué)等學(xué)門所應(yīng)用的研究方法。

分子可以由同種原子構(gòu)成,也可以由不同種類的原子構(gòu)成。最簡單的分子只含有一個(gè)原子,如稀有氣體的分子。大多數(shù)非金屬構(gòu)成的分子為雙原子分子,如氮、氧等分子?;衔锸怯刹煌亟M成的分子,為數(shù)最多。

1.[molecule]∶物質(zhì)的單元,能夠保持與原物質(zhì)化學(xué)一致性的元素的最小粒子或原子的化學(xué)結(jié)合的最小粒子(如化合物);分子是由原子組成的。在化學(xué)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(dú)立存在而保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。
分子有一定的大小和質(zhì)量;分子間有一定的間隔;分子在不停的運(yùn)動(dòng);分子間有一定的作用力;分子可以構(gòu)成物質(zhì),分子在化學(xué)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(tài)中互相轉(zhuǎn)換
同種分子性質(zhì)相同,不同種分子性質(zhì)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(zhì)量是1。大的分子其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)幾百萬以上。相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)千以上的分子叫做高分子。分子是組成物質(zhì)的微小單元,它是能夠獨(dú)立存在并保持物質(zhì)原有的一切化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。分子一般由更小的微粒原子構(gòu)成,按照組成分子的原子個(gè)數(shù)可分為單原子分子,雙原子分子及多原子分子;按照電性結(jié)構(gòu)可分為有極分子和無極分子。不同物質(zhì)的分子其微觀結(jié)構(gòu),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(shù)量級(jí)。分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)約為10E-26kg。

化學(xué)分析
物質(zhì)中能夠獨(dú)立存在的相對(duì)穩(wěn)定并保持該物質(zhì)物理化學(xué)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(jié)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(shí)出現(xiàn)的最小單元是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)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(gè)氫原子和一個(gè)氧原子,但這時(shí)它們的特性已和水完全不同了。有的分子只由一個(gè)原子構(gòu)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(gè)原子構(gòu)成的分子稱雙原子分子,例如氧分子,由兩個(gè)氧原子構(gòu)成,為同核雙原子分子;一氧化碳分子(CO),由一個(gè)氧原子和一個(gè)碳原子構(gòu)成,為異核雙原子分子。由兩個(gè)以上的原子組成的分子統(tǒng)稱多原子分子。分子中的原子數(shù)可為幾個(gè)、十幾個(gè)、幾十個(gè)乃至成千上萬個(gè)。例如二氧化碳分子由一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成。一個(gè)苯分子包含六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子,一個(gè)豬胰島素分子包含幾百個(gè)原子。
物質(zhì)中能獨(dú)立存在并保持其組成和一切化學(xué)特性的最小微粒。分子是由原子用化學(xué)鍵結(jié)合在一起而構(gòu)成的,原子之間的作用力比較強(qiáng),但分子之間的作用力卻相當(dāng)弱,這種力稱為范德華力,所以分子在一定程度上表現(xiàn)出獨(dú)立粒子的行為。
最早提出比較確切的分子概念的化學(xué)家是意大利A.阿伏伽德羅,他于1811年發(fā)表了分子學(xué)說,認(rèn)為:“原子是參加化學(xué)反應(yīng)的最小質(zhì)點(diǎn),分子則是在游離狀態(tài)下單質(zhì)或化合物能夠獨(dú)立存在的最小質(zhì)點(diǎn)。分子是由原子組成的,單質(zhì)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(xué)變化中,不同物質(zhì)的分子中各種原子進(jìn)行重新結(jié)合。”
自從阿伏伽德羅提出分子概念以后,在很長的一段時(shí)間里,化學(xué)家都把分子看成比原子稍大一點(diǎn)的微粒。1920年,德國化學(xué)家H.施陶丁格開始對(duì)這種小分子一統(tǒng)天下的觀點(diǎn)產(chǎn)生懷疑,他的根據(jù)是:利用滲透壓法測(cè)得的橡膠的分子量可以高達(dá)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(jià)鍵結(jié)構(gòu)的長鏈大分子。高分子還具有它本身的特點(diǎn),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(xué)家對(duì)于無機(jī)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(gè)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(xiàn)以后,例如用微微秒光譜學(xué)研究方法,測(cè)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(jià)鍵是不飽和的,具有單數(shù)電子的結(jié)構(gòu)。這種粒子還有CH·、CN·、HO·,它們統(tǒng)稱為自由基,僅具有一定程度的穩(wěn)定性,很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由此可見自由基也具有分子的特征,所以把自由基歸入分子的范疇。還有一種分子在基態(tài)時(shí)不穩(wěn)定,但在激發(fā)態(tài)時(shí)卻是穩(wěn)定的,這種分子被稱為準(zhǔn)分子。
 
化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型可拼裝模型模型基礎(chǔ)信息化學(xué)分子結(jié)構(gòu)種類原子球展示五氧化二磷金剛石晶體石墨烯晶體氯化鈉晶體其它化學(xué)模型

分子科學(xué)相關(guān)概念
分子設(shè)計(jì)
從分子水平上研究各種自然現(xiàn)象的科學(xué)稱為分子科學(xué),例如動(dòng)物學(xué)、遺傳學(xué)、植物學(xué)、生理學(xué)等正在掌握各種形式的不同種類分子的性能和結(jié)構(gòu),由分子的性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出具有給定性能的分子,這就是所謂分子設(shè)計(jì)。
在化學(xué)變化中,分子會(huì)改變,而原子不會(huì)改變。
分子的運(yùn)動(dòng)
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(yùn)動(dòng)外,還存在著分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和分子內(nèi)原子的各種類型的振動(dòng)。分子內(nèi)部的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度,比氣體和液體中分子的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)幅度小得多,分子的這種內(nèi)部運(yùn)動(dòng),并不會(huì)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(shí)的結(jié)構(gòu)。
分子的結(jié)構(gòu)
分子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng),決定分子光譜的性質(zhì),因而利用分子光譜,可以研分子的構(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(jié)構(gòu)式如圖2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(shí)驗(yàn)測(cè)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(xué)鍵長與鍵角則稱為立體構(gòu)型參數(shù)。
對(duì)有些分子,當(dāng)它的構(gòu)型確定時(shí),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(huì)隨原子的相對(duì)位置而改變。例如乙烷(C2H6)分子在相同的連接次序及雙原子分子純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜相同的鍵長鍵角數(shù)據(jù)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(gòu)象。不同構(gòu)象的分子,能量有一定差別,它們的對(duì)稱性亦不同,對(duì)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)
研究分子的力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及分子光譜等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以獲得分子的平均運(yùn)動(dòng)速度、碰撞頻率、分子直徑(按球體直徑計(jì)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(dòng)的力常數(shù)、偶極矩等物理量,還可以給出描述分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)光譜。
分子質(zhì)量原子通過化學(xué)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、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(gè),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(dāng)然這個(gè)界限并不是絕對(duì)的。分子量大到一定的程度,分子會(huì)出現(xiàn)一些特有的性質(zhì)。高分子在工業(yè)上和生物化學(xué)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(shí)驗(yàn)測(cè)定。測(cè)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(cè)量分子量的精度可高于質(zhì)量數(shù)的萬分之一。其他如氣體狀態(tài)法,可測(cè)定氣體分子的分子量,X射線衍射法可測(cè)量晶體的分子量,溶液滲透壓法主要應(yīng)用于測(cè)定高分子的分子量等。 
分子的壽命
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(shí)間往往很短,有的壽命只有微秒數(shù)量級(jí)或更短,故又稱為準(zhǔn)分子。利用閃光光解和分子光譜等實(shí)驗(yàn),已對(duì)若干準(zhǔn)分子的壽命、結(jié)構(gòu)以及其他分子常數(shù)等進(jìn)行過研究。
從射電天文學(xué)和分子光譜學(xué)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(wěn)定的,但卻能穩(wěn)定地存在于星際空間,這是因?yàn)樗鼈兲幱诜肿訕O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。 
實(shí)驗(yàn)式
分子的一個(gè)特征就是組成化合物的元素比例總是整數(shù)。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(xué)符號(hào)就可以組成分子的實(shí)驗(yàn)式。但是單憑實(shí)驗(yàn)式是無法決定分子的類別——如乙烯的實(shí)驗(yàn)式就與丙烯一樣(同是CH2),盡管這兩個(gè)分子的原子數(shù)或質(zhì)量都不同。
化學(xué)式
要反映分子中各種原子的真實(shí)數(shù)量,就要利用化學(xué)式。例如乙烯和丙烯的化學(xué)式分別為C2H4和C3H6。
但化學(xué)式相同并不代表兩個(gè)分子是一樣的物質(zhì),因?yàn)榉肿又性拥呐帕泻徒M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(xué)公式但因不同結(jié)構(gòu)的關(guān)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(xué)性質(zhì),而同時(shí)有十分不同的生物化學(xué)性質(zhì)。
由量子力學(xué)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(xué)式和結(jié)構(gòu)是決定它的特質(zhì),尤其是它的化學(xué)活性的兩要素。

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  • 156****643 ( 2024-09-11 17:56:31 )

    東西很多

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