0:00:07.270,0:00:09.497
分子是什么形状？

0:00:09.497,0:00:12.167
分子内部大部分都是空的。

0:00:12.167,0:00:14.001
几乎所有的质量都集中在

0:00:14.001,0:00:17.368
原子极其致密的核上。

0:00:17.368,0:00:18.307
而它的电子，

0:00:18.307,0:00:19.790
则决定原子之间

0:00:19.790,0:00:21.024
如何相互结合，

0:00:21.024,0:00:23.307
它们比较像带负电荷的云，

0:00:23.307,0:00:25.584
而不是一颗颗单独的粒子。

0:00:25.584,0:00:27.394
因此，分子并不像

0:00:27.394,0:00:29.139
雕塑一样

0:00:29.139,0:00:31.006
有着特定的形状。

0:00:31.006,0:00:32.081
但是对于每一个分子

0:00:32.081,0:00:33.456
至少存在一种方式

0:00:33.456,0:00:35.511
排列原子核和电子，

0:00:35.511,0:00:37.712
使得相异电荷之间的

0:00:37.712,0:00:38.850
吸引力最大化，

0:00:38.850,0:00:40.386
相同电荷之间的排斥力

0:00:40.386,0:00:42.599
最小化。

0:00:42.599,0:00:44.347
现在我们假设唯一与分子形状

0:00:44.347,0:00:45.891
有关的电子

0:00:45.891,0:00:48.808
是每个原子最外层上的电子。

0:00:49.454,0:00:50.504
同时我们也假设

0:00:50.504,0:00:52.893
在原子之间的电子云，

0:00:52.893,0:00:54.561
也就是分子键，

0:00:54.561,0:00:57.469
形状像一根香肠。

0:00:57.469,0:01:00.289
记住原子核是带有正电荷的，

0:01:00.289,0:01:02.245
而电子是带负电的，

0:01:02.245,0:01:03.731
而且如果所有分子的核

0:01:03.731,0:01:04.821
都堆积到了一起，

0:01:04.821,0:01:06.989
或者它所有的电子都堆积到了一起，

0:01:06.989,0:01:09.233
它们会相互排斥并且飞散，

0:01:09.233,0:01:11.005
那就没什么用了。

0:01:11.451,0:01:14.103
1776年，亚历山德罗·伏打

0:01:14.103,0:01:16.599
在他发明电池数十年前

0:01:16.599,0:01:18.263
发现了甲烷。

0:01:18.263,0:01:22.133
甲烷的化学式是CH4。

0:01:22.133,0:01:23.126
这个化学式告诉我们

0:01:23.126,0:01:24.800
每个甲烷分子

0:01:24.800,0:01:28.442
都是由一个碳原子和四个氢原子构成的，

0:01:28.442,0:01:31.139
但是它并没有告诉我们[br]哪个原子与哪个原子连在一起，

0:01:31.139,0:01:34.532
或者在三维空间中这些原子是如何排列的。

0:01:34.532,0:01:36.212
从它们的电子排布中

0:01:36.212,0:01:37.706
我们知道碳原子能与

0:01:37.706,0:01:39.531
其他四个原子相连，

0:01:39.531,0:01:41.576
而且每个氢原子只能与

0:01:41.576,0:01:43.034
一个原子相连。

0:01:43.034,0:01:44.402
因此我们能够猜测

0:01:44.402,0:01:46.288
碳原子应该是中心原子，

0:01:46.288,0:01:48.906
与所有的氢原子相连。

0:01:48.906,0:01:50.040
现在，每个键代表

0:01:50.040,0:01:51.658
共用两个电子，

0:01:51.658,0:01:54.570
我们用一条线表示一对共用电子。

0:01:54.570,0:01:56.801
于是，我们现在得到了这个原子的

0:01:56.801,0:01:58.264
平面示意图，

0:01:58.264,0:02:00.826
但是在三维空间中它看起来是什么样的？

0:02:00.826,0:02:01.807
我们能够合理地说

0:02:01.807,0:02:03.269
因为每个键都是

0:02:03.269,0:02:05.595
一个带负电的区域，

0:02:05.595,0:02:07.403
同性互斥，

0:02:07.403,0:02:09.569
最可能的原子构型

0:02:09.569,0:02:12.330
应该使得键与键之间的距离最大。

0:02:12.330,0:02:13.743
而要使得所有的键之间的

0:02:13.743,0:02:16.071
距离尽可能地远，

0:02:16.071,0:02:18.512
最合适的形状是这样子的。

0:02:18.512,0:02:20.858
这叫做四面体。

0:02:20.858,0:02:22.901
根据不同的原子，

0:02:22.901,0:02:25.323
你可以得到很多种不同的形状。

0:02:25.323,0:02:28.299
氨，NH3，是金字塔形。

0:02:28.299,0:02:31.122
二氧化碳，CO2，是直线形。

0:02:31.122,0:02:34.548
水，H2O，像弯折的手臂。

0:02:34.548,0:02:37.129
而三氟化氯，ClF3，

0:02:37.129,0:02:39.215
形状像字母T。

0:02:39.215,0:02:40.909
记住，我们现在做的

0:02:40.909,0:02:43.561
是根据我们的原子和电子模型

0:02:43.561,0:02:45.843
建立分子的三维形状。

0:02:45.843,0:02:46.937
我们必须通过做实验

0:02:46.937,0:02:48.138
来确认这些分子的形状

0:02:48.138,0:02:50.489
是否和我们预测的一样。

0:02:50.489,0:02:51.362
剧透一下：

0:02:51.362,0:02:53.784
很多是符合的，但是也有一些与预测不符。

0:02:53.784,0:02:54.938
因为随着原子数目的增加，

0:02:54.938,0:02:57.097
分子的形状变得越来越复杂。

0:02:57.097,0:02:58.574
我们前面提到的所有例子

0:02:58.574,0:03:01.071
只有一个明显的中心原子。

0:03:01.071,0:03:02.325
但是大部分的分子并没有，

0:03:02.325,0:03:03.948
小到药物小分子，

0:03:03.948,0:03:05.374
大到很长的多聚体，

0:03:05.374,0:03:07.743
比如DNA，都没有中心原子。

0:03:07.743,0:03:08.808
最关键的是

0:03:08.808,0:03:10.879
参与连结的原子会自动排列，

0:03:10.879,0:03:13.612
使得异种电荷之间的吸引力达到最大，

0:03:13.612,0:03:16.717
同种电荷之间的排斥力达到最小。

0:03:16.717,0:03:18.969
有些分子甚至有两种或者更多的

0:03:18.969,0:03:20.508
稳定的原子排列方式，

0:03:20.508,0:03:22.470
在不同的构型之间转换，

0:03:22.470,0:03:25.190
我们会看到化学是多么酷炫，

0:03:25.190,0:03:27.306
即使分子的构成，

0:03:27.306,0:03:29.894
即其中原子的数量和种类

0:03:29.894,0:03:32.185
根本没有改变。