正文第二章粒子模型(第1页/共2页)

文 / 刘泰祥

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分子模型

6

1分子概念的发展

最早提出比较确切的分子概念的化学家是意大利阿伏伽德罗

他于1811年发表了分子学说

认为：“原子是参加化学反应的最小质点

分子则是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的最小质点

分子是由原子组成（构成）的

单质分子由相同元素的原子组成（构成）

化合物分子由不同元素的原子组成（构成）

在化学变化中

不同物质的分子中各种原子进行重新结合

”

自从阿伏伽德罗提出分子概念以后

在很长的一段时间里

化学家都把分子看成比原子稍大一点的微粒

1920年

德国化学家施陶丁格开始对这种小分子一统天下的观点产生怀疑

他的根据是：利用渗透压法测得的橡胶的分子量可以高达10万左右

他在论文中提出了大分子（高分子）的概念

指出天然橡胶不是一种小分子的缔合体

而是具有共价键结构的长链大分子

高分子还具有它本身的特点

例如高分子不像小分子那样有确定不变的分子量

它所采用的是平均分子量

随着分子概念的发展

化学家对于无机分子的了解也逐步深入

例如氯化钠是以钠离子和氯离子以离子键互相连接起来的一种无限结构

很难确切地指出它的分子中含有多少个钠离子和氯离子

也无法确定其分子量

这种结构还包括金刚石

石墨

石棉

云母等分子

在研究短寿命分子的方法出现以后

例如用微微秒光谱学研究方法

测得甲基（ch3&amp；middot；）的寿命为10-13秒

不但寿命短

而且很活泼

其原因是甲基的价键是不饱和的

具有单数电子的结构

这种粒子还有ch&amp；middot；

cn&amp；middot；

它们统称为自由基

仅具有一定程度的稳定性

很容易发生化学反应

由此可见自由基也具有分子的特征

所以把自由基归入分子的范畴

还有一种分子在基态时不稳定

但在激发态时却是稳定的

这种分子被称为准分子

从分子水平上研究各种自然现象的科学称为分子科学

例如动物学

遗传学

植物学

生理学等

由分子的性能和结构设计出具有给定性能的分子

就是所谓分子设计

在化学变化中

分子会改变

而原子不会改变

2分子结构

分子结构或称分子立体结构

分子形状

分子几何

它建立在光谱学数据之上

用以描述分子中原子的三维排列方式

分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性

极性

相态

颜色

磁性和生物活性

分子结构一般在接近绝对零度的温度下测定

因为随着温度升高

分子转动也增加

量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状

固态分子的结构也可通过x射线晶体学测定

体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在

势能面中这些构象之间的能垒较高

分子结构涉及原子在空间中的位置

与键结的化学键种类有关

包括键长

键角以及相邻三个键之间的二面角

图2-12水分子结构

原子在分子中的成键情形与空间排列对物质的物理与化学性质有决定性的影响

最简单的分子是氢分子

1克氢气包含1023个以上的氢分子

一个水分子中2个氢原子都连接到一个中心氧原子上

所成键角是104

5&amp；deg；

如图2-12所示

分子中原子的空间关系不是固定的

除了分子本身在气体和液体中的平动外

分子结构中的各部分也都处于连续的运动中

因此分子结构与温度有关

分子所处的状态（固态

液态

气态

溶解在溶液中或吸附在表面上）不同

分子的精确尺寸也不同

因尚无真正适用的分子结构理论

复杂分子的细致结构不能预言

只能从实验测得

量子力学认为

原子中的轨道电子具有波动性

用数学方法处理电子驻波（原子轨道）就能确定原子间或原子团间键的形成方式

原子中的电子轨道在空间重叠愈多

形成的键愈稳定

量子力学方法是建立在实验数据和近似的数学运算（由高速电子计算机进行运算）相结合的基础上的

对简单的体系才是精确的

例如对水分子形状的预言

另一种理论是把分子看成一个静电平衡体系：电子和原子核的引力倾向于最大

电子间的斥力倾向于最小

各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的

为了使负电中心的斥力减至最小

体系尽可能对称的排列

所以当体系有2个电子对时

它们呈线型排列（180&amp；deg；）；有3个电子对时呈三角平面排列

键角120&amp；deg；

3系统相对论的分子模型

分子是两个或多个原子的原子核相互耦合而连接在一起的

有一定几何结构的集合体

下面以水分子和石墨晶体为例进行讨论

1水分子模型

以水分子为例

如图2-13所示（另见彩图3）

两个氢原子核附着在氧原子核一端的两个斜面上

形成120度夹角的几何结构

图中所 https://www.yanqingzhan.net

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