化学において、直線形分子構造(Linear molecular geometry)とは、3原子またはそれ以上の原子が結合角180°で結合することが予想される分子構造のことである。有機分子の例に、炭素原子を中心としたsp混成軌道によって表現されるアセチレンがある。有名な直線形分子には他に二酸化炭素やシアン化水素、二フッ化キセノンなどがある。また、直線形イオンにはN、SCN、NOなどがある。

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