Të gjithë trupat që na rrethojnë përbëhen nga atome. Atomet, nga ana tjetër, mblidhen në një molekulë. Për shkak të ndryshimit në strukturën molekulare mund të flitet për substanca që janë të ndryshme nga njëra-tjetra, bazuar në vetitë dhe parametrat e tyre. Molekulat dhe atomet janë gjithmonë në një gjendje dinamike. Duke lëvizur, ato ende nuk shpërndahen në drejtime të ndryshme, por mbahen në një strukturë të caktuar, të cilës i detyrohemi ekzistencës së një larmie kaq të madhe substancash në të gjithë botën përreth nesh. Cilat janë këto grimca dhe cilat janë vetitë e tyre?
Koncepte të përgjithshme
Nëse nisemi nga teoria e mekanikës kuantike, atëherë molekula nuk përbëhet nga atomet, por nga bërthamat dhe elektronet e tyre, të cilat vazhdimisht ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Për disa substanca, një molekulë është grimca më e vogël që ka përbërjen dhe vetitë kimike të vetë substancës. Pra, vetitë e molekulave nga pikëpamja e kimisë përcaktohen nga struktura e saj kimike dhepërbërjen. Por vetëm për substancat me strukturë molekulare, rregulli funksionon: vetitë kimike të substancave dhe molekulave janë të njëjta. Për disa polimere, si etilen dhe polietileni, përbërja nuk përputhet me përbërjen molekulare.
Dihet se vetitë e molekulave përcaktohen jo vetëm nga numri i atomeve, lloji i tyre, por edhe nga konfigurimi, rendi i lidhjes. Një molekulë është një strukturë komplekse arkitekturore, ku çdo element qëndron në vendin e tij dhe ka fqinjët e tij specifikë. Struktura atomike mund të jetë pak a shumë e ngurtë. Çdo atom dridhet rreth pozicionit të tij të ekuilibrit.
Konfigurimi dhe parametrat
Ndodh që disa pjesë të molekulës rrotullohen në raport me pjesët e tjera. Pra, në procesin e lëvizjes termike, një molekulë e lirë merr forma (konfigurime) të çuditshme.
Në thelb, vetitë e molekulave përcaktohen nga lidhja (lloji i saj) midis atomeve dhe arkitektura e vetë molekulës (struktura, forma). Kështu, para së gjithash, teoria e përgjithshme kimike merr në konsideratë lidhjet kimike dhe bazohet në vetitë e atomeve.
Me një polaritet të fortë, vetitë e molekulave janë të vështira për t'u përshkruar me korrelacione dy ose tre konstante, të cilat janë të shkëlqyera për molekulat jopolare. Prandaj, u prezantua një parametër shtesë me një moment dipol. Por kjo metodë nuk është gjithmonë e suksesshme, pasi molekulat polare kanë karakteristika individuale. Parametrat janë propozuar gjithashtu për të llogaritur efektet kuantike, të cilat janë të rëndësishme në temperatura të ulëta.
Çfarë dimë për molekulën e substancës më të zakonshme në Tokë?
Nga të gjitha substancat në planetin tonë, më i zakonshmi është uji. Ai, në kuptimin e mirëfilltë, siguron jetë për gjithçka që ekziston në Tokë. Vetëm viruset mund të bëjnë pa të, pjesa tjetër e strukturave të gjalla në përbërjen e tyre në pjesën më të madhe kanë ujë. Cilat veti të molekulës së ujit, karakteristike vetëm për të, përdoren në jetën ekonomike të njeriut dhe në jetën e egër të Tokës?
Në fund të fundit, kjo është një substancë vërtet unike! Asnjë substancë tjetër nuk mund të mburret me një sërë vetive të natyrshme të ujit.
Uji është tretësi kryesor në natyrë. Të gjitha reagimet që ndodhin në organizmat e gjallë, në një mënyrë ose në një tjetër, ndodhin në mjedisin ujor. Kjo do të thotë, substancat hyjnë në reaksione ndërsa janë në gjendje të tretur.
Uji ka kapacitet të shkëlqyer të nxehtësisë, por përçueshmëri të ulët termike. Falë këtyre vetive, ne mund ta përdorim atë si një transportues nxehtësie. Ky parim përfshihet në mekanizmin e ftohjes së një numri të madh organizmash. Në industrinë e energjisë bërthamore, vetitë e molekulës së ujit shkaktuan përdorimin e kësaj substance si ftohës. Përveç mundësisë për të qenë një mjedis reaktiv për substanca të tjera, vetë uji mund të hyjë në reaksione: fotolizë, hidratim dhe të tjera.
Uji i pastër natyror është një lëng pa erë, pa ngjyrë dhe pa shije. Por në një trashësi shtresë më të madhe se 2 metra, ngjyra bëhet k altërosh.
E gjithë molekula e ujit është një dipol (dy pole të kundërta). Është struktura dipole nëkryesisht përcakton vetitë e pazakonta të kësaj substance. Molekula e ujit është një diamagnet.
Uji metalik ka një veçori tjetër interesante: molekula e tij fiton strukturën e raportit të artë dhe struktura e substancës merr përmasat e seksionit të artë. Shumë nga vetitë e molekulës së ujit janë përcaktuar duke analizuar përthithjen dhe emetimin e spektrave me vija në fazën e gazit.
Shkenca dhe vetitë molekulare
Të gjitha substancat, përveç atyre kimike, kanë vetitë fizike të molekulave që përbëjnë strukturën e tyre.
Në shkencën fizike, koncepti i molekulave përdoret për të shpjeguar vetitë e trupave të ngurtë, lëngjeve dhe gazeve. Aftësia e të gjitha substancave për t'u shpërndarë, viskoziteti i tyre, përçueshmëria termike dhe vetitë e tjera përcaktohen nga lëvizshmëria e molekulave. Kur fizikani francez Jean Perrin po studionte lëvizjen Brownian, ai provoi eksperimentalisht ekzistencën e molekulave. Të gjithë organizmat e gjallë ekzistojnë për shkak të një ndërveprimi të brendshëm të ekuilibruar imët në strukturë. Të gjitha vetitë kimike dhe fizike të substancave janë të një rëndësie themelore për shkencën natyrore. Zhvillimi i fizikës, kimisë, biologjisë dhe fizikës molekulare krijoi një shkencë të tillë si biologjia molekulare, e cila studion fenomenet bazë në jetë.
Duke përdorur termodinamikën statistikore, vetitë fizike të molekulave, të cilat përcaktohen nga spektroskopia molekulare, në kiminë fizike përcaktojnë vetitë termodinamike të substancave të nevojshme për llogaritjen e ekuilibrave kimikë dhe shpejtësinë e vendosjes së tyre.
Cili është ndryshimi midis vetive të atomeve dhe molekulave?
Së pari, atomet nuk ndodhin në gjendje të lirë.
Molekulat kanë spektra optik më të pasur. Kjo është për shkak të simetrisë më të ulët të sistemit dhe shfaqjes së mundësisë së rrotullimeve dhe lëkundjeve të reja të bërthamave. Për një molekulë, energjia totale përbëhet nga tre energji që janë të ndryshme në rendin e madhësisë së përbërësve:
- predha elektronike (rrezatim optik ose ultravjollcë);
- dridhjet e bërthamave (pjesë infra të kuqe e spektrit);
- rotacioni i molekulës në tërësi (gama e radiofrekuencës).
Atomet emetojnë spektra vijash karakteristike, ndërsa molekulat lëshojnë spektra me vija të përbëra nga shumë vija të ndara ngushtë.
Analiza spektrale
Vetitë optike, elektrike, magnetike dhe të tjera të një molekule përcaktohen gjithashtu nga lidhja me funksionet valore. Të dhënat mbi gjendjen e molekulave dhe kalimin e mundshëm ndërmjet tyre tregojnë spektrat molekularë.
Tranzicionet (elektronike) në molekula tregojnë lidhjet kimike dhe strukturën e predhave të tyre elektronike. Spektrat me më shumë lidhje kanë breza thithjeje me gjatësi vale të gjatë që bien në rajonin e dukshëm. Nëse një substancë është ndërtuar nga molekula të tilla, ajo ka një ngjyrë karakteristike. Këto janë të gjitha ngjyra organike.
Vetitë e molekulave të së njëjtës substancë janë të njëjta në të gjitha gjendjet e grumbullimit. Kjo do të thotë se në të njëjtat substanca, vetitë e molekulave të substancave të lëngëta, të gazta nuk ndryshojnë nga vetitë e lëndës së ngurtë. Molekula e një lënde ka gjithmonë të njëjtën strukturë, pavarësishtgjendja e përgjithshme e vetë materies.
Të dhënat elektrike
Mënyra se si sillet një substancë në një fushë elektrike përcaktohet nga karakteristikat elektrike të molekulave: polarizimi dhe momenti i përhershëm dipol.
Momenti dipol është asimetria elektrike e një molekule. Molekulat që kanë një qendër simetrie si H2 nuk kanë një moment dipoli të përhershëm. Aftësia e shtresës elektronike të një molekule për të lëvizur nën ndikimin e një fushe elektrike, si rezultat i së cilës në të formohet një moment dipol i induktuar, është polarizimi. Për të gjetur vlerën e polarizimit dhe momentit të dipolit, është e nevojshme të matet lejueshmëria.
Sjellja e një valë drite në një fushë elektrike alternative karakterizohet nga vetitë optike të një substance, të cilat përcaktohen nga polarizimi i një molekule të kësaj substance. Të lidhura drejtpërdrejt me polarizimin janë: shpërhapja, përthyerja, aktiviteti optik dhe dukuri të tjera të optikës molekulare.
Dikush mund të dëgjojë shpesh pyetjen: "Nga çfarë varen, përveç molekulave, vetitë e një substance?" Përgjigja është mjaft e thjeshtë.
Vetitë e substancave, përveç izometrisë dhe strukturës kristalore, përcaktohen nga temperatura e mjedisit, vetë substanca, presioni, prania e papastërtive.
Kimia e molekulave
Para formimit të shkencës së mekanikës kuantike, natyra e lidhjeve kimike në molekula ishte një mister i pazgjidhur. Fizika klasike shpjegon drejtimin dhengopja e lidhjeve të valencës nuk mundi. Pas krijimit të informacionit bazë teorik për lidhjen kimike (1927) duke përdorur shembullin e molekulës më të thjeshtë H2, teoria dhe metodat e llogaritjes filluan të përmirësohen gradualisht. Për shembull, bazuar në përdorimin e gjerë të metodës së orbitaleve molekulare, kimisë kuantike, u bë i mundur llogaritja e distancave ndëratomike, energjia e molekulave dhe lidhjeve kimike, shpërndarja e densitetit të elektroneve dhe të dhëna të tjera që përkonin plotësisht me të dhënat eksperimentale.
Substancat me të njëjtën përbërje, por strukturë kimike të ndryshme dhe veti të ndryshme quhen izomerë strukturorë. Ata kanë formula të ndryshme strukturore, por të njëjtat formula molekulare.
Njihen lloje të ndryshme të izomerizmit strukturor. Dallimet qëndrojnë në strukturën e skeletit të karbonit, pozicionin e grupit funksional ose pozicionin e lidhjes së shumëfishtë. Për më tepër, ka ende izomerë hapësinorë në të cilët vetitë e një molekule të substancës karakterizohen nga e njëjta përbërje dhe strukturë kimike. Prandaj, të dyja formulat strukturore dhe molekulare janë të njëjta. Dallimet qëndrojnë në formën hapësinore të molekulës. Formulat speciale përdoren për të përfaqësuar izomerë të ndryshëm hapësinorë.
Ka komponime që quhen homologë. Ato janë të ngjashme në strukturë dhe veti, por ndryshojnë në përbërje nga një ose më shumë grupe CH2. Të gjitha substancat e ngjashme në strukturë dhe veti kombinohen në seri homologe. Pasi të keni studiuar vetitë e një homologu, mund të arsyetoni për cilindo prej tyre. Grupi i homologëve është një seri homologe.
Kur transformohen strukturat e materiesvetitë kimike të molekulave ndryshojnë në mënyrë dramatike. Edhe përbërjet më të thjeshta shërbejnë si shembull: metani, kur kombinohet qoftë edhe me një atom oksigjeni, bëhet një lëng helmues i quajtur metanol (alkool metil - CH3OH). Prandaj, komplementariteti i tij kimik dhe efekti në organizmat e gjallë bëhen të ndryshëm. Ndryshime të ngjashme, por më komplekse ndodhin kur modifikohen strukturat e biomolekulave.
Vetitë molekulare kimike varen fuqishëm nga struktura dhe vetitë e molekulave: nga lidhjet energjetike në të dhe nga gjeometria e vetë molekulës. Kjo është veçanërisht e vërtetë për komponimet biologjikisht aktive. Cili reaksion konkurrues do të jetë mbizotërues shpesh përcaktohet vetëm nga faktorë hapësinorë, të cilët nga ana tjetër varen nga molekulat fillestare (konfigurimi i tyre). Një molekulë me një konfigurim "të pakëndshëm" nuk do të reagojë fare, ndërsa një tjetër me të njëjtën përbërje kimike, por një gjeometri të ndryshme mund të reagojë menjëherë.
Një numër i madh procesesh biologjike të vërejtura gjatë rritjes dhe riprodhimit janë të lidhura me marrëdhëniet gjeometrike midis produkteve të reaksionit dhe materialeve fillestare. Për informacionin tuaj: veprimi i një numri të konsiderueshëm barnash të reja bazohet në një strukturë të ngjashme molekulare të një përbërjeje që është e dëmshme nga pikëpamja biologjike për trupin e njeriut. Ilaçi zë vendin e molekulës së dëmshme dhe e vështirëson veprimin.
Me ndihmën e formulave kimike shprehet përbërja dhe vetitë e molekulave të substancave të ndryshme. Në bazë të peshës molekulare, analizave kimike, përcaktohet dhe përpilohet raporti atomikformula empirike.
Gjeometri
Përcaktimi i strukturës gjeometrike të një molekule bëhet duke marrë parasysh rregullimin ekuilibër të bërthamave atomike. Energjia e bashkëveprimit të atomeve varet nga distanca midis bërthamave të atomeve. Në distanca shumë të mëdha, kjo energji është zero. Ndërsa atomet afrohen me njëri-tjetrin, një lidhje kimike fillon të formohet. Atëherë atomet tërhiqen fort nga njëri-tjetri.
Nëse ka një tërheqje të dobët, atëherë formimi i një lidhjeje kimike nuk është i nevojshëm. Nëse atomet fillojnë të afrohen në distanca më të afërta, forcat repulsive elektrostatike fillojnë të veprojnë midis bërthamave. Një pengesë për një konvergjencë të fortë të atomeve është papajtueshmëria e predhave të tyre të brendshme elektronike.
Madhësitë
Është e pamundur të shihen molekulat me sy të lirë. Ato janë aq të vogla sa edhe një mikroskop me zmadhim 1000x nuk do të na ndihmojë t'i shohim. Biologët vëzhgojnë baktere të vogla deri në 0,001 mm. Por molekulat janë qindra e mijëra herë më të vogla.
Sot, struktura e molekulave të një substance të caktuar përcaktohet me metodat e difraksionit: difraksioni i neutronit, analiza e difraksionit me rreze X. Ekziston edhe spektroskopia vibruese dhe metoda paramagnetike e elektroneve. Zgjedhja e metodës varet nga lloji i substancës dhe gjendja e saj.
Madhësia e një molekule është një vlerë e kushtëzuar, duke marrë parasysh shtresën e elektroneve. Pika është distanca e elektroneve nga bërthamat atomike. Sa më të mëdha të jenë, aq më pak ka gjasa që të gjenden elektronet e molekulës. Në praktikë, madhësia e molekulave mund të përcaktohet duke marrë parasysh distancën e ekuilibrit. Ky është intervali për të cilin molekulat vetë mund t'i afrohen njëra-tjetrës kur janë të mbushura dendur në një kristal molekular dhe në një lëng.
Distancat e mëdha kanë molekula për të tërhequr, dhe ato të voglat, përkundrazi, për të zmbrapsur. Prandaj, analiza e difraksionit me rreze X të kristaleve molekulare ndihmon për të gjetur dimensionet e molekulës. Duke përdorur koeficientin e difuzionit, përçueshmërisë termike dhe viskozitetit të gazeve, si dhe dendësisë së një lënde në gjendje të kondensuar, mund të përcaktohet renditja e madhësisë së madhësive molekulare.
