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Une molécule homonucléaire est une molécule composée d'atomes du même élément chimique. Une molécule hétéronucléaire est au contraire composée d'atomes de nature chimique différente.
Dans la nature, sous conditions normales de température et de pression (CNTP), les éléments chimiques suivants sont stables quand ils sont sous la forme de :
Les scientifiques ont réussi à fabriquer et/ou stocker des molécules homonucléaires dans des conditions de température et/ou de pression différentes des CNTP, par exemple les oxygènes moléculaires et les phosphores moléculaires :
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