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分子的结构
分子结构，或称分子立体结构、分子形状、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中类型的键把原子按一定的空间排列结合成分子，形成分子的构型和构象。例如碳是共享电子对键（共价键）的基本参加者，碳和氢2种元素的原子可形成烃类化合物，正四面体构的CH4是其中最简单的烃，还可形成环状化合物，例如环己烷;硅和氧是矿物质的基本元素，云母和石英都含有硅氧单元。金属原子被夹在烃环平面中间构成夹心化合物。蛋白质的基本成分是一端接碱性基，一端接酸性基的二官能分子a-氨基酸。化学组成和分子量相同但分子结构不同的物质互称为异构体。当2种异构体其他性质相同，只是旋光方向相反，这一类异构体称作旋光异构体。
由于分子中原子的运动由量子力学决定，因此"运动"这个概念也必须要建立在量子力学基础之上。总体（外部）的量子力学运动--如平移和旋转几乎不改变分子的结构（由旋转导致的科里奥利力和离心扭曲以及由此导致的形状变化在此可以忽略）。内部运动包括振动，隶属于谐波，即原子即使在绝对零度仍会在平衡间振荡。此时所有原子都处于振动基态，具有零点能量，振动模式的波函数也不是一个尖峰，而是有限宽度的指数。随着温度升高，振动模式（自由度）被热激发，用通俗的话讲是分子振动加快，而它们仍然只在分子特定部分振荡。
波尔兹曼分布可以量度温度对分子振动的影响：exp（-△E/kT），其中△E是振动模式的激发能，k是波尔兹曼常数，T是绝对温度。在298K（25°C）下，典型的波尔兹曼因子值为：△E=500cm-1-->;△E=1000cm-1-->;△E=
1500cm-1-->7*10-4。即，如果激发能为500cm-1，那么大约9%的分子在室温时会处于热激发态。对水分子而言，其弯曲模式具有最低的激发能，大约为1600cm-1，%。
虽然转动很难影响分子结构，但作为一个量子力学运动，相对振动而言它在低温下热激发程度较高。从经典力学角度来看即是，更多分子在高温下转动更快（它们具有更大的角速度和角动量）;而从量子力学角度看则是，随温度升高，更多角动量较大的本征态开始聚集。典型的转动激发能数量级在几cm-1。由于涉及转动态，很多光谱学的实验数据都被扩大了。而转动运动随温度升高而变得激烈，因此，低温下的分子结构数据往往更加可靠，而从高温下的光谱很难得出分子结构。
分子动理论的发展可追溯到17世纪。，后来发展成理想气体的状态方程。，，发展了分子热力学，他们二人被认为是分子动理论的创始人。，提出了著名的麦克斯韦-玻耳兹曼分布定律。随后，在分子动理论的基础上又发展了热力学和统计力学，将分子的微观运动及其相互作用与大量分子组成的宏观物质的物理性质联系起来。20世纪分子动理论的观点被用来研究化学反应的速率和机理，推动了化学动力学的发展。微观分子物理学的发展是基于20世纪初原