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。它的化學式寫作 H2O。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瞭。有的分子隻由一個原子組成,,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。由兩個原子組成的分子稱雙原子分子,例如氧分子(O2),由兩個氧原子組成,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組成,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(CO2)由一個碳原子和兩個氧原子組成。一個苯分子包含六個碳原子和六個氫原子(C6H6),一個豬胰島素分子包含幾百個原子,其分子式為

C255H380O78N65S6

  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。分子的內部運動,決定分子光譜的性質,因而利用分子光譜,可以研究分子內部運動情況。

  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。

  分子的結構式一般隻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佈稱為分子的構型。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瞭,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)分子在相同的連接次序及相同的鍵長鍵角數據下,還可以有交叉式(圖3之a)和重疊式(圖3之b)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 在一定狀態下,分子的形狀和大小、結構和性質都是一定的。

  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6.022 52×1023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10 000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,例如塑料、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,溶液滲透壓法主要應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,有的壽命隻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,已對若幹準分子的壽命、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,在不受其他分子幹擾的狀態下,可以長期存在。