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硝酸为平面共价分子，中心氮原子sp2杂化，未参与杂化的一个p轨道与两个端氧形成三中心四电子键。硝酸中的羟基氢与非羟化的氧原子形成分子内氢键，这是硝酸酸性不及硫酸、盐酸，熔沸点较低的主要原因。硝酸分子的键长、键角数据见下及右图。 键长:
O-N:119.9pmO'-N:121.1pm
O-H:96.4pm
N-OH:140.6pm
键角:
O'-N-O:130.27°
O-N-OH:113.85°
O'-N-OH:115.88°N-O-H:102.2°
