当第二个原子靠近时，负电荷的运动
当第二个原子靠近时，负电荷的运动
单个原子
单个原子
（图解：非接触原子力显微镜下的纳米石墨烯分子图像。图源：Patrik Tschudin/gross3HR/Wikimedia Commons, CC BY)
分子长什么样子？
一个分子是由一群原子聚集而成的。分子构成了你身边几乎所有事物——你的皮肤、你的椅子、甚至你的食物。
他们有着不同的大小，但是他们极其的小。你用肉眼甚至是显微镜都不能看到一个独立的分子。它们比一根头发还要窄100,000倍。
最小的分子由两个粘合在一起的原子构成，但是一个大分子可以由100,000或者更多的原子构成。一个分子可以由相同的原子累计而成，例如我们所呼吸的氧分子，或者有不同种原子构成，例如由碳氢氧原子构成的糖分子。
但是分子们究竟长什么样子呢？这一切都是从它们的组成部分“原子”开始的。
异性相吸
构成原子的物质微粒并不都是相同的。它们有的带正电、负电，或者不带电。科学家们叫它们质子、电子和中子。
（图解：一个金原子有着一个由79个质子和118个中子组成的密集中心，并且在周围有着一个由79个电子组成的更分散的电子云。图源：由Galarza Creador插图）
不带电的种子和带正电的质子形成了原子的重中心。
带负电的电子围绕着这个小中心运动。
当原子彼此靠近，潜在地结合并形成分子时，一个原子中带负电的电子被另一个原子中带正电的质子吸引，反之亦然。并且两个原子都会相应地调整自己。
（图解：当一个原子孤立时，围绕在它中心周围的带负电的电子是对称分布的。当两个原子相互靠近时，一个原子的电子会向另一个原子的正中心移动。图源：Christine Helms,CC BY-SA）
你可以把它与在教室中选座位一样。有很多的规律。比如，你必须要坐在座位上，而不能坐在其他人的头上。遵循着这些规则，你可以试着坐在你朋友旁边，远离你的敌人。找到一个完美的位置，让班上的每个人都很开心，就像在一个分子中一个原子的完美位置一样。有时，原子没有形成一个愉快的排列，没有形成分子。
看到看不见的
如果一个分子过于小以至于不能用肉眼甚至是高倍显微镜看到，那么科学家们怎么看到它们？答案是他们已经开发出特殊的工具来实现这一做法。
一种使用X射线的工具，你可能知道，因为医生用他们来查看身体中的骨头。X射线是一种人类眼睛看不到的光线，像紫外线或者红外线。
当科学家们向分子发射X射线，有些分子会反弹。科学家可以记录这些反弹的X射线，并利用他们的模式来找出单个分子的样子。
(从蛋白质分子中的原子反射的X射线形成了上面图片中黑点。这些黑点的位置告诉了科学家原子在分子中是如何排列的。图源：Del45/Wikimedia Commons,CC BY)
在1912年，人们通过这种方式最早看见的分子式盐（NaCl）——一种我们都知道并喜欢在炸薯条上使用的成分。
科学家们也已经发明了许多其他的方法来看见分子。类似于当两个原子接近时电子运动方式改变时，原子核也会改变它的运动方式。一个叫做“核磁共振”的技术，检测到原子中心的这些变化，并将其作为确定什么原子在附近的线索。
原子力显微镜就像一个脆弱的跳水板，当你在上面行走和跳跃的时候，它就会摇晃。但是这个跳水板非常小以至于在它末端的一个负电荷会想一个原子的正中心弯曲。移动着这个跳水板，观察它如何弯曲，可以显示分子中原子的位置。
（原子力显微镜）
科学家们开发出的另一种观察分子的技术叫做cyro-electro显微镜。首先科学家们把分子冷冻到比雪或冰低得多的温度。然后他们向分子发射电子并收集那些通过分子的电子来形成图像。这项技术在2017年获得了诺贝尔化学奖。
所有形状和大小
多以分子长什么样子？他们是一组原子，中心含有了大部分物质，而其余的大部分是空壳。每个原子都有一个它愿意呆的特殊位置，就像教室里的学生一样。
每个分子都是不同的——有些分子真的不一样。比如，苯像煎饼一样是扁平的，而富勒烯像球一样是圆的。企鹅酮可以被画成企鹅的样子，而其他分子看起来完全是随机的。但是原子在分子中的位置从来不是随机的。
虽然科学家们知道很多分子的是什么样子，但是仍有一些我们正在弄清楚的分子。等到我们了解到答案的那一天，我们就可以发明新材料和新药物。
既然好奇心没有限制——人们，也让我们知道你在想什么。我们不能回答每一个问题，但我们会尽最大努力。
BY:Christine Helms
FY:亨亨
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