§4.4分子学
一、西学对分子的认识
1、什么是分子？
分子概念的提出比原子要慢百年。约在2300年以前的西学就认识到，一切物体都是由微粒组成的，这些微粒在不断运动和相互作用着。1811年，阿伏加得罗把这种微粒叫做分子。1950年段形成了分子理论（分子学说、分子论），指出：一切物体——固体、液体和气体都是由分子构成的，不同的分子构成不同的物体。任何物体都能够分割成为极小微粒的性质叫做物体的可分割性。用物理的方法分割到最小（极限）时所得的微粒就叫做分子。分子和原子是性质不同的两类微粒。分子是能够独立存在并且具有原来物体的化学性质的最小微粒。分子是永远运动的，例如分子的热运动。分子之间有空隙存在，例如可以压缩、热胀冷缩。分子是由原子构成的，例如氢和氧原子结合成水分子。
炁学提示：分子炁粒简称为分子，是由原子构成的第三代炁粒，而物体是由分子构成的第四代炁粒。炁体→炁子→量子（第一代炁粒）→原子（第二代炁粒，第一代组子）→分子（第三代炁粒，第二代组子）→物体（第四代炁粒，第三代组子）。也可以说原子是多量子炁粒，是量子群，分子是多原子炁粒，是原子群，物体是多分子炁粒，是分子群，是一大群分子的组合体。归根到底一切组子都是由量子组成的，都是量子群。分子和物体有相同的化学性质，是等价的。在易学里把分子和物体合在一起叫做万物，是有相同性质的物质，可见易学不谬。
2、分子的大小。
我们用直径和质量表示分子的大小。分子的大小已经在化学和物理学里测量出来。现在已经能够精确测量出分子的大小，用显微镜也能够看见分子了。无机分子的直径一般都在原子直径（约为几埃）的范围，为1埃（10-8cm）量级，有机分子的直径要大得多，没有一定的上限。例如氢分子的直径是2.5×10-8厘米，水分子的直径是4.0×10-8厘米，橡胶的分子量大约在20万到40万之间，分子大小用分子链长度表示。
炁学提示：分子的大小（质量和直径）一样有“有界无限”的特性，就是在一定的范围内有无数多种分子存在。最小的分子是氢分子，是由两个氢原子（最小的原子）结合形成的，分子式为H2，还没有确认最大的分子是多少。
3、克分子和阿佛加德罗定律。
克分子也叫做摩尔分子、分子的摩尔数，符号是GM。1克分子的任何物质所含的分子数都是6.023×1023个，这个数字叫做阿伏伽德罗常数。1克分子的物质就是6.023×1023个某种分子的质量的克数，是用质量的克数除以分子量所得的值。例如氧气的分子量是32，那么32克氧气就是1克分子氧。由克分子质量和分子数可以求得分子的质量。例如1mol氢气的质量是2.016g，含有6.023×1023个氢分子，因此一个氢分子的质量就是2.016÷（6.023×1023）=3.3×10-24g，氢原子则再除以2，得氢的原子量为1.65×10-24g。阿佛加德罗定律是由意大利的阿佛加德罗在1811年提出的，后来经过实验证实是正确的。该定律指出：在同温度、同压力下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子。由此可以得出，气体的重量比等于分子量之比，由此可以计算气体的分子量。现在我们知道，1mol（1GM）任何气体在标准状态下（0℃和760毫米水银柱）的体积都是22.4升，叫做气体的克分子体积，用GMV0表示，所含的分子数都是6.023×1023个，因此标准气体的分子数都是每立方厘米约2.7×1019个。
4、分子的种类。
从组成和来源分，可以分为无机分子和有机分子两大类，分别构成无机物和有机物，分别由无机化学和有机化学阐述。无机分子是非碳分子，有机分子是碳的化合物分子。
从原子数目分，可以分为单原子分子（例如氦气等惰性气体）、双原子分子（例如氢气、氧气、氯化钠等）、多原子分子。多原子分子又分为单质分子（例如铁、碳等）和化合物分子（如水）。
从结构和功能分，可以分为同素异形体和同分异构体、极性分子和非极性分子、活化分子等。原子结合牢固则为离子，不牢固则为极性分子，很不牢固为非极性分子。
5、分子式。
分子可以用分子式表示。分子式是用原子符号（化学元素符号）表示分子的式子。对于单质，单原子分子和多原子分子都用原子符号表示，例如氦分子为He，氖分子为Ne，汞为Hg，铁为Fe；双原子分子例子：氧分子为O2，氢分子为H2。对于化合物，例如水为H2O，硫酸为H2SO4。
6、分子量。
就是分子的质量，可以由分子式算出，等于所含原子的原子量的总和。分子量是一个没有单位的相对分子量，用M表示。例如水，M水=1×2＋16=18。
7、分子间隙。
西学发现，物体都能够被压缩，说明任何物体中的分子之间都是有间隙的。气体的压缩性很大，所以分子间隙很大，固体几乎没有什么压缩性，所以分子间隙很小，液体的压缩性接近固体，但是比固体容易压缩。同一种物体，分子间隙在气态时最大，液态时次之，固态时最小。不同的物体的分子间隙是不同的，体现在密度的不同上。
炁学提示：分子的间隙同物体的内部结构特征有关。在组子里，量子只占不到亿万分之一体积，其它的空间都是空隙，里面充满了炁子这种物质。当原子结合成为分子时，原子炁子变成分子炁子，当分子结合成为物体时，分子炁子变成物体炁子。炁子形成分子的间隙，里面有很大的空间，间隙里的物质就是炁子。压缩物体就是压缩炁子。
图4.35三类炁子
8、分子间力和分子作用球。
分子间有相互作用，这种力有时表现为引力，有时表现为斥力。总体来说，西学对分子的引力作用比较清楚，对分子的斥力作用认识不足。分子有正电和负电中心存在以及变形能力，使分子之间产生了吸引力。分子之间的这种吸引作用力叫做分子间力，也叫做范德华力。物体的分子间力作用起源于物质的电性结构。非极性分子的分子间力叫做色散力，极性分子与非极性分子之间的分子间力有色散力和诱导力，极性分子之间的分子间力有色散力、诱导力和取向力（取向作用）。氢键是分子之间由氢核和另外一个分子的孤对电子之间的吸引作用，是分子间力的一种。
分子间的吸引力可以分为两种：我们把相同分子间的吸引力叫做内聚力，把不同分子间的吸引力叫做附着力。同一种物体的分子间的吸引力同物态有关：在固态时分子间的距离最小，所以分子间吸引力最大，能够保持一定的硬度、体积和形状；在液态时距离比固态时大一些，所以分子间吸引力就小一些，因此有一定的体积，但是没有一定的形状，具有流动性，容易分开；气态时的分子之间的距离很大，所以分子之间几乎没有吸引作用力，也没有排斥作用力，可以认为分子之间是没有任何联系的，所以就没有一定的体积和形状，流动性很大，总是均匀充满整个密闭容器。分子结合牢固则为固体，结合不牢固则为液体，分散则为气体。
分子的引力作用的范围用分子作用球表示。根据实验结果计算，分子作用球半径的数量级是10-7厘米，一般为6×10-7厘米。当分子的距离等于或者小于分子作用球半径时，分子间的引力作用力才显著表现出来。在一定范围内，分子间距越小，吸引力就越大。不同的物体的分子间吸引力是不同的，例如铁比钢软，水比原油粘性小，气体比液体容易流动，液体分子能够比较自由地流动，都是分子间引力小的缘故。固体分子只能够和周围几个分子发生作用。
固体和液体都不容易被压缩，因此可以证明，物体分子间不仅存在着吸引力，同时还存在着推斥力。如图所示，橡皮带反映了分子间的吸引力，弹簧反映了分子间的推斥力。实验和理论一致表明，分子间既存在着吸引作用，也存在着推斥作用。引力和斥力之间是平衡的，引力起主要作用还是斥力起主要作用，由分子间距决定。根据研究知道，两个分子间的距离小于几埃（1埃=10-8厘米）的时候，它们之间的作用是相互排斥的；当它们的距离大于几埃而小于分子作用球半径（约几十埃）的时候，它们之间的作用是相互吸引的。
炁学揭密解惑：分子之间同时有引力和斥力两种力存在，是由于分子之间存在炁子——对冲状态的阴阳炁流相互作用的结果。同种物体的三种物态的分子是相同的，只是物体的炁子不同，就是炁子的能级不同，气态炁子能级大，固态炁子能级小，液态处在中间。分子和物体有相同的化学性质，因为物体是由分子通过分子间力结合形成的，分子依然不变，还是原来的分子。物体炁子和分子炁子有相近的能级，可以说，物体炁子只是把分子炁子连成一体而已，众多的分子炁子形成了物体炁子，就像多个小水库连成的供水网，效果就好像一个大水库供水一样。物体炁子就是分子间力物质，分子间力起源于物体炁子，炁子把分子粘连在一起。炁子中的电炁流起吸引作用，磁炁流起斥力作用。
图4.36分子间作用的模型
9、分子的热运动——扩散现象和布朗运动。
扩散是两种不同的物质相互接触时自发地相互搀混的现象。扩散现象是物质分子运动的直接证明。由于分子在无规则运动从而彼此渗入，形成了扩散现象。温度越高，分子运动越快，扩散也越快。物体都有扩散现象，说明物体的分子是在运动的。
布朗运动是由英国的布朗在1827年发现的物体现象。这个现象直接证明了物体内的分子是在进行着无规则的紊乱运动的。这种运动是自发的和永不停息的。物体的温度越高，分子的运动越快，布朗运动越快越激烈。
物体的扩散现象和布郎运动等实验证实，分子总是在不停地运动着的，而且这种运动是无规则性的、自发的。温度升高则分子运动增强，扩散加速、布朗运动加剧。一切分子都处在永不停息的无规则运动中，所以分子本身都有动能。扩散运动和布朗运动显示了分子运动的特征。这两种运动还间接地证实了分子间存在着空隙，否则分子就不能够进行扩散运动和布朗运动运动（只能够进行就地的转动和振动）。气体分子的热运动十分强烈，所以总是能够均匀充满整个容器。实验结果表明，气体分子的运动速度是很大的，一般是几百米/秒，例如在0℃时，氢分子的速度是1840m/s，氧分子的速度是460m/s。
炁学提示：分子热运动是物体炁子的流动引起的，不是分子自己在运动，分子运动只是炁子运动引起的现象，就像水流动引起水中漂浮物的流动，并不是漂浮物自己流动。原子炁子使电子绕核子转动，物体炁子使分子进行热运动。温度高则炁子能量大，炁子流动快，分子震荡强烈。热炁流是炁子在进行紊流形成的现象。
10、偶极矩。
偶极矩是电荷产生的电矩，指向负电中心。非极性分子的偶极矩为0，极性分子的偶极矩不为0。
炁学提示：偶极矩反映了分子炁子的电性（电炁流成分）。
11、极化率。
反映了分子在电场作用下的变形能力。
炁学提示：极化率反映了分子炁子的强度。