双原子分子

双原子分子（来自希腊语di-'two'）是仅由两个原子组成的分子，由相同或不同的化学元素组成。如果一个双原子分子由同一元素的两个原子组成，如氢（H2）或氧（O2），那么它被称为是同核的。否则，如果一个双原子分子由两个不同的原子组成，如一氧化碳（CO）或一氧化氮（NO），该分子被称为异核。同核双原子分子中的键是无极性的。在标准温度和压力（STP）（或典型的实验室条件为1巴和25℃）下形成稳定的同核双原子分子的xxx化学元素是氢（H2）、氮（N2）、氧（O2）、氟（F2）、砹和氯（Cl2）等气体。惰性气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气）在STP时也是气体，但它们是单原子的。同核双原子气体和惰性气体一起被称为元素气体或分子气体，以区别于其他作为化学化合物的气体。在稍微升高的温度下，卤素溴（Br2）和碘（I2）也会形成双原子气体。所有的卤素都被观察到是双原子分子，只有砹和天那水还不确定。其他元素在蒸发时形成双原子分子，但这些双原子物种在冷却时重新聚合。加热（裂解）元素磷可以得到二磷（P2）。硫蒸气主要是二硫（S2）。二锂（Li2）和二钠（Na2）在气相中是已知的。二钨（W2）和二钼（Mo2）在气相中以六价键形成。铷(Rb2)是二原子的。

所有其他的双原子分子都是两种不同元素的化学化合物。根据温度和压力，许多元素可以结合成异核双原子分子。例如气体一氧化碳（CO）、一氧化氮（NO）和氯化氢（HCl）。许多1:1的二元化合物通常不被认为是双原子的，因为它们在室温下是聚合体，但它们在蒸发时形成双原子分子，例如气态的氧化镁、氧化硅和许多其他物质。

在地球环境、实验室和星际空间中，已经发现了数百种二原子分子。大约99%的地球大气是由两个种类的双原子分子组成的：氮（78%）和氧（21%）。氢气（H2）在地球大气中的自然丰度只有百万分之一，但H2是宇宙中最丰富的双原子分子。星际介质以氢原子为主。

所有的双原子分子都是线性的，并以一个参数为特征，即两个原子之间的键长或距离。双原子氮有一个三键，双原子氧有一个双键，而双原子氢、氟、氯、碘和溴都有单键。

双原子元素在19世纪阐明元素、原子和分子的概念方面发挥了重要作用，因为一些最常见的元素，如氢、氧和氮，是以双原子分子形式出现的。约翰-道尔顿最初的原子假说假定所有的元素都是单原子的，而且化合物中的原子通常会有彼此之间最简单的原子比率。例如，道尔顿假设水的化学式为HO，将氧的原子量定为氢的8倍，而不是现代的约16倍。因此，关于原子量和分子式的混乱存在了大约半个世纪。早在1805年，盖-吕萨克和冯-洪堡就表明，水是由两体积的氢和一体积的氧组成的，到1811年，阿梅德奥-阿伏伽德罗根据现在所谓的阿伏伽德罗定律和双原子元素分子的假设，得出了对水的组成的正确解释。然而，这些结果在1860年之前大多被忽视，部分原因是认为一种元素的原子对同种元素的原子没有化学亲和力，还有部分原因是阿伏伽德罗定律的明显例外，直到后来才用分子解离的方式来解释。

在1860年关于原子量的卡尔斯鲁厄大会上，坎尼扎罗重新提出了阿伏伽德罗的观点，并利用这些观点制作了一个一致的原子量表，这些原子量表大多与现代数值一致。这些重量是德米特里-门捷列夫和洛塔尔-迈耶发现周期律的一个重要前提条件。激发的电子状态双原子分子通常处于其最低或基态，传统上也被称为X{displaystyleX}状态。当双原子分子的气体被高能电子轰击时，一些分子可能被激发到更高的电子状态，例如，在自然极光中发生的情况；高海拔地区的分子可能被激发到更高的电子状态。