Apakah suatu molekul selalu terdiri dari atom-atom yang berbeda. Apa yang dimaksud dengan atom dan molekul?

Molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat yang memiliki sifat kimianya.

Sebuah molekul terdiri dari atom, atau lebih tepatnya, inti atom, dikelilingi oleh elektron internal, sedangkan eksternal, elektron valensi berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia.

Dan, misalnya, dalam kasus gas inert, konsep atom dan molekul bertepatan.

Setiap molekul memiliki komposisi kualitatif dan kuantitatif tertentu. Dengan demikian, molekul air terdiri dari atom hidrogen dan oksigen (komposisi kualitatif), dan mengandung satu atom oksigen dan dua atom hidrogen (komposisi kuantitatif). Terkadang komposisi kuantitatif molekul dinyatakan sebagai persentase (berdasarkan massa): dalam H2O-11,1% hidrogen dan 88,9% oksigen.

Selain komposisi, molekul dicirikan oleh struktur atau struktur tertentu. Seringkali istilah "struktur" dan "struktur" diidentifikasi, tetapi kadang-kadang mereka dibedakan, berbicara tentang "struktur nuklir" dan "struktur elektronik" molekul. Tetapi bagaimanapun juga, perlu untuk menetapkan dengan jelas apa yang dipertaruhkan: tentang pengaturan timbal balik dan pergerakan inti atom, atau tentang distribusi kerapatan elektron.

Atom dalam molekul terhubung dalam urutan tertentu. Jadi, dalam molekul amonia NH3, setiap atom hidrogen dihubungkan oleh satu ikatan kovalen dengan atom nitrogen; tidak ada ikatan kimia antara atom hidrogen itu sendiri (yang terakhir, bagaimanapun, tidak berarti bahwa tidak ada interaksi sama sekali antara atom yang tidak terikat secara kimia (lihat Ikatan kimia). Adanya ikatan antara beberapa atom dan ketidakhadirannya di antara yang lain digambarkan dalam bentuk yang disebut grafik, atau rumus struktural.

Baru-baru ini, istilah "topologi molekul" semakin banyak digunakan dalam literatur kimia. Topologi adalah cabang matematika yang mempelajari sifat-sifat benda yang tidak bergantung pada bentuk dan ukurannya. Properti ini disebut non-metrik. Molekul memiliki sifat metrik (panjang ikatan kimia, sudut di antara mereka, dll.) dan sifat non-metrik (molekul dapat berupa siklik, katakanlah, benzena, atau non-siklik, n-butana; memiliki atom pusat yang dikelilingi oleh ligan - PCl5, atau menjadi seperti "kandang", dll). Topologi molekul dipahami sebagai totalitas sifat nonmetriknya.

Topologi sistem molekuler berkaitan erat dengan sifat-sifatnya. Misalnya, molekul etanol dan dimetil eter berbeda secara topologi, yang memungkinkan untuk memahami perbedaan beberapa sifat senyawa ini (etanol dapat memberikan reaksi yang melibatkan gugus OH dan hidrogen dari gugus ini, eter tidak, dll. ). Tetapi sifat-sifat molekul tidak hanya bergantung pada topologinya, tetapi juga pada faktor-faktor lain (geometri molekul, distribusi kerapatan elektron di dalamnya, dll., lihat Stereokimia).

Dalam beberapa tahun terakhir, perhatian para ilmuwan telah menarik kelas baru sistem molekuler - yang disebut molekul tidak kaku. Seperti yang Anda ketahui, inti dalam molekul bergerak. Karena perbedaan tajam dalam massa inti dan elektron, gerakan nuklir (osilasi) terjadi jauh lebih lambat daripada yang elektronik, sehingga kita dapat mengasumsikan bahwa elektron dalam molekul bergerak di bidang inti atom yang diam. Tentu saja, asumsi seperti itu adalah perkiraan, yang disebut adiabatik. Untuk banyak molekul, di mana inti membuat osilasi kecil dalam amplitudo di sekitar posisi tertentu dalam ruang, pendekatan adiabatik cukup dapat diterima. Molekul semacam itu disebut kaku secara struktural, misalnya, CH4, H2O, dll. Namun, ada molekul, mereka disebut tidak kaku, di mana inti membuat gerakan yang signifikan. Dalam kasus seperti itu, konsep geometri kesetimbangan konstan dari sebuah molekul kehilangan maknanya. Misalnya, dalam litium borohidrida LiBH4, kation Li+, seolah-olah, berputar di sekitar anion 4 (lihat gambar di hlm. 146, di tengah, di sebelah kanan). Tentu saja, agar ion Li+ memulai “perjalanan” seperti itu, molekul harus menerima energi tertentu. Untuk molekul tidak kaku, energi ini kecil: untuk LiBH4 sekitar 16 kJ/mol, yaitu, berkali-kali lebih kecil dari energi ikatan kimia. Contoh lain dari molekul tidak kaku adalah amonia NH3. Kembali ke molekul kaku "biasa", perlu dicatat bahwa dengan komposisi yang sama mereka dapat memiliki topologi dan geometri yang berbeda, yaitu memberikan berbagai jenis isomer (lihat Isomerisme; Tautomerisme).

Struktur dan bahkan komposisi molekul dapat berubah dengan perubahan keadaan agregasi zat dan kondisi eksternal, terutama suhu dan tekanan. Misalnya, dalam gas oksida nitrat (V), ada molekul N2O5 individu, sedangkan dalam keadaan padat, ion NO2 + dan NO3 terletak di situs kisi kristal oksida ini, yaitu, kita dapat mengatakan bahwa N2O5 padat adalah garam - nitronium nitrat.

Dalam padatan, molekul mungkin atau mungkin tidak mempertahankan individualitasnya. Dengan demikian, sebagian besar senyawa organik membentuk kristal molekul, di lokasi kisinya terdapat molekul yang terikat satu sama lain oleh interaksi antarmolekul yang relatif lemah. Dalam kristal ionik (misalnya, NaCl) dan atom (berlian, grafit) tidak ada molekul yang terpisah, dan seluruh kristal, seolah-olah, adalah satu molekul raksasa. Benar, model molekul baru-baru ini mulai digunakan secara luas dalam teori zat padat, tetapi ini memerlukan beberapa revisi konsep sel satuan kristal (lihat Kimia kristal).

Studi tentang struktur dan sifat-sifat molekul sangat penting untuk ilmu alam secara keseluruhan.

MOLEKUL MOLEKUL adalah partikel terkecil dari suatu zat yang memiliki sifat kimia dasar. Terdiri dari atom-atom yang terletak di ruang dalam urutan tertentu dan dihubungkan oleh ikatan kimia. Komposisi dan susunan atom tercermin dalam rumus kimia. Jumlah atom dalam molekul berkisar dari 2 (H2, O2, HCl) hingga ribuan (misalnya, protein); ukuran molekul bervariasi dari sepersepuluh hingga jutaan nanometer. Menurut berat molekul, semua zat secara kondisional dibagi menjadi berat molekul rendah dan tinggi. Suatu zat dalam keadaan gas terdiri, sebagai suatu peraturan, molekul individu (kecuali untuk gas mulia dan uap logam); di sebagian besar cairan, molekul individu terhubung satu sama lain dalam asosiasi. Ada kristal yang dibentuk oleh molekul (naftalena, kristal protein, asam nukleat). Molekul suatu zat diubah menjadi molekul zat lain sebagai akibat dari reaksi kimia.

Ensiklopedia Modern. 2000 .

Sinonim:

Lihat apa itu "MOLECULE" di kamus lain:

    molekul- eh. molekul f. Partikel terkecil dari suatu zat yang memiliki semua sifat kimianya, mampu eksis secara mandiri. BAS 1. Molekul. Veselitsky 26. Molekul dan molekul. Michelson 1865. Molekul. Disebut tak berujung... Kamus Sejarah Gallicisms of the Russian Language

    - (molekul novolat., reduksi. dari massa mol lat.), bagian terkecil dalam va, yang memiliki induknya. kimia dengan Anda dan terdiri dari atom yang saling berhubungan oleh ikatan kimia. Jumlah atom dalam M. berkisar dari dua (H2, O2, HF, KCl) hingga ratusan dan ribuan ... Ensiklopedia Fisik

    MOLEKUL, partikel terkecil dari suatu zat (misalnya, senyawa kimia) yang menentukan sifat kimia zat ini. Sebuah molekul dapat terdiri dari satu atom, tetapi biasanya terdiri dari dua atau lebih atom yang disatukan oleh KIMIA ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

    - (bentuk kecil dari mol lat. - massa) partikel terkecil dari senyawa kimia; Ini terdiri dari sistem atom, dengan bantuan sarana kimia dapat terurai menjadi atom individu. Molekul gas mulia, helium, dll., bersifat monoatomik; paling susah… Ensiklopedia Filsafat

    Excimer, genoneme, episome, kromosom, mikropartikel, makromolekul Kamus sinonim Rusia. molekul kata benda, jumlah sinonim: 10 biomolekul (1) … Kamus sinonim

    - (molekul novolat. tereduksi dari massa mol lat.), mikropartikel yang terbentuk dari atom dan mampu berdiri sendiri. Ia memiliki komposisi inti atom yang konstan dan jumlah elektron yang tetap dan memiliki seperangkat ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

    MOLEKUL, molekul, perempuan. (dari massa mol lat.) (perkiraan). Partikel terkecil dari suatu zat yang dapat eksis secara mandiri dan memiliki semua sifat zat tersebut. Molekul tersusun dari atom-atom. Kamus Penjelasan Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Kamus Penjelasan Ushakov

    MOLEKUL, s, perempuan. Partikel terkecil dari suatu zat yang memiliki semua sifat kimianya. M. terdiri dari atom. | adj. molekuler, oh, oh. Massa molekul. Kamus penjelasan Ozhegov. S.I. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992 ... Kamus penjelasan Ozhegov

    Atau sistem partikel atau sekelompok atom ... Ensiklopedia Brockhaus dan Efron

    - [Prancis. molekul dari lat. massa mol] partikel terkecil dari zat tertentu yang memiliki kimia dasarnya. sifat, yang mampu berdiri sendiri dan terdiri dari atom yang sama atau berbeda, digabungkan menjadi satu bahan kimia. koneksi... Ensiklopedia Geologi

Buku

  • , Landau Lev Davidovich, Kitaygorodsky Alexander Isaakovich. Buku-buku oleh pemenang Hadiah Nobel Lev Landau dan Alexander Kitaygorodsky adalah teks-teks yang mengubah pandangan sempit tentang dunia. Sebagian besar dari kita selalu dihadapkan dengan...
  • Molekul. Bahan bangunan Semesta, Landau L.. Buku oleh pemenang Hadiah Nobel Lev Landau dan Alexander Kitaigorodsky - teks yang mengubah pandangan sempit tentang dunia. Sebagian besar dari kita selalu dihadapkan dengan...

Menurut yang molekul terbentuk dari atom. Satu atom tidak dapat membentuk molekul. Molekul umumnya dipahami sebagai netral (tidak membawa muatan listrik) dan tidak membawa elektron tidak berpasangan (semua valensi jenuh); molekul bermuatan disebut ion, molekul dengan multiplisitas selain kesatuan (yaitu, dengan elektron tidak berpasangan dan valensi tak jenuh) - radikal.

Molekul dengan berat molekul relatif tinggi, terdiri dari fragmen berulang dengan berat molekul rendah, disebut makromolekul.

Fitur struktural molekul menentukan sifat fisik suatu zat yang terdiri dari molekul-molekul ini.

Zat yang mempertahankan struktur molekul dalam keadaan padat termasuk, misalnya, air, karbon monoksida (IV), dan banyak zat organik. Mereka dicirikan oleh titik leleh dan titik didih yang rendah. Sebagian besar zat anorganik padat (kristalin) tidak terdiri dari molekul, tetapi partikel lain (ion, atom) dan ada dalam bentuk tubuh makro (kristal natrium klorida, sepotong tembaga, dll.).

Komposisi molekul zat kompleks dinyatakan menggunakan rumus kimia.

Sejarah terbentuknya konsep

Pada kongres internasional ahli kimia di Karlsruhe (Jerman) pada tahun 1860, definisi konsep molekul dan atom diadopsi. Molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat kimia yang memiliki semua sifat kimianya.

Teori klasik struktur kimia

Model bola-dan-tongkat dari molekul diboran B 2 H 6. Atom boron ditampilkan dalam warna merah muda, atom hidrogen berwarna abu-abu.
Atom "jembatan" pusat hidrogen univalen membentuk ikatan tiga pusat dengan atom boron tetangga

Dalam teori klasik struktur kimia, molekul dianggap sebagai partikel stabil terkecil dari suatu zat yang memiliki semua sifat kimianya.

Molekul zat tertentu memiliki komposisi yang konstan, yaitu jumlah atom yang sama yang disatukan oleh ikatan kimia, sedangkan individualitas kimia molekul ditentukan secara tepat oleh totalitas dan konfigurasi ikatan kimia, yaitu oleh interaksi valensi. antara atom penyusunnya, yang memastikan stabilitas dan sifat dasarnya dalam rentang kondisi eksternal yang cukup luas. Interaksi non-valent (misalnya, ikatan hidrogen), yang seringkali dapat secara signifikan mempengaruhi sifat-sifat molekul dan zat yang dibentuk olehnya, tidak diperhitungkan sebagai kriteria individualitas molekul.

Posisi sentral dari teori klasik adalah posisi pada ikatan kimia, sementara memungkinkan adanya tidak hanya ikatan dua pusat yang menyatukan pasangan atom, tetapi juga adanya multi-pusat (biasanya tiga pusat, kadang-kadang empat pusat). ) ikatan dengan atom "jembatan" - seperti, misalnya, menjembatani atom hidrogen dalam boran, sifat ikatan kimia tidak dipertimbangkan dalam teori klasik - hanya karakteristik integral seperti sudut valensi, sudut dihedral (sudut antara bidang yang dibentuk oleh triplet inti), panjang ikatan dan energinya diperhitungkan.

Dengan demikian, sebuah molekul dalam teori klasik direpresentasikan sebagai sistem dinamis di mana atom dianggap sebagai titik material dan di mana atom dan kelompok atom yang terkait dapat melakukan gerakan rotasi dan osilasi mekanis relatif terhadap beberapa konfigurasi inti kesetimbangan yang sesuai dengan energi minimum molekul dan dianggap sebagai sistem osilator harmonik.

Sebuah molekul terdiri dari atom, atau lebih tepatnya, inti atom, dikelilingi oleh sejumlah elektron internal, dan elektron valensi eksternal yang membentuk ikatan kimia. Elektron internal atom biasanya tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia. Komposisi dan struktur molekul suatu zat tidak bergantung pada metode pembuatannya.

Atom digabungkan dalam molekul dalam banyak kasus melalui ikatan kimia. Sebagai aturan, ikatan semacam itu dibentuk oleh satu, dua atau tiga pasang elektron yang dimiliki bersama oleh dua atom, membentuk awan elektron bersama, yang bentuknya dijelaskan oleh jenis hibridisasi. Sebuah molekul dapat memiliki atom (ion) bermuatan positif dan negatif.

Komposisi molekul disampaikan oleh rumus kimia. Rumus empiris ditetapkan berdasarkan rasio atom unsur-unsur zat dan berat molekul.

Struktur geometri suatu molekul ditentukan oleh susunan kesetimbangan inti atom. Energi interaksi atom bergantung pada jarak antar inti. Pada jarak yang sangat jauh, energi ini nol. Jika ikatan kimia terbentuk ketika atom-atom saling mendekat, maka atom-atom tersebut sangat tertarik satu sama lain (tarikan yang lemah diamati bahkan tanpa pembentukan ikatan kimia), dengan pendekatan lebih lanjut, gaya tolak-menolak elektrostatik inti atom dimulai untuk bertindak. Hambatan untuk pendekatan yang kuat dari atom juga ketidakmungkinan menggabungkan kulit elektron bagian dalam mereka.

Setiap atom dalam keadaan valensi tertentu dalam suatu molekul dapat diberi jari-jari atom atau kovalen tertentu (dalam kasus ikatan ion, jari-jari ionik), yang mencirikan dimensi kulit elektron atom (ion) yang membentuk bahan kimia. ikatan dalam molekul. Ukuran molekul, yaitu ukuran kulit elektronnya, sampai batas tertentu merupakan nilai bersyarat. Ada kemungkinan (walaupun sangat kecil) untuk menemukan elektron dari suatu molekul pada jarak yang lebih jauh dari inti atomnya. Dimensi praktis dari suatu molekul ditentukan oleh jarak kesetimbangan di mana mereka dapat dibawa bersama-sama dengan kemasan padat molekul dalam kristal molekuler dan dalam cairan. Pada jarak yang jauh, molekul tertarik satu sama lain, pada jarak yang lebih kecil, mereka saling tolak. Dimensi molekul dapat ditemukan dengan menggunakan analisis difraksi sinar-X dari kristal molekul. Urutan besarnya dimensi ini dapat ditentukan dari koefisien difusi, konduktivitas termal dan viskositas gas dan dari densitas materi dalam keadaan terkondensasi. Jarak yang dapat didekati oleh atom-atom yang tidak terikat valensi dari molekul yang sama atau berbeda dapat dicirikan oleh nilai rata-rata yang disebut jari-jari van der Waals (Ǻ).

Jari-jari van der Waals secara signifikan melebihi yang kovalen. Mengetahui nilai jari-jari van der Waals, kovalen dan ion, dimungkinkan untuk membangun model visual molekul yang akan mencerminkan bentuk dan ukuran kulit elektronnya.

Ikatan kimia kovalen dalam suatu molekul terletak pada sudut tertentu, yang bergantung pada keadaan hibridisasi orbital atom. Jadi, untuk molekul senyawa organik jenuh, susunan ikatan tetrahedral (tetrahedral) yang dibentuk oleh atom karbon adalah karakteristik, untuk molekul dengan ikatan rangkap (C \u003d C) - susunan atom karbon yang datar, untuk molekul senyawa dengan ikatan rangkap tiga (C C) - susunan linier ikatan . Dengan demikian, molekul poliatomik memiliki konfigurasi tertentu dalam ruang, yaitu geometri tertentu dari susunan ikatan, yang tidak dapat diubah tanpa memutuskannya. Sebuah molekul dicirikan oleh satu atau lain simetri susunan atom. Jika sebuah molekul tidak memiliki bidang dan pusat simetri, maka ia dapat eksis dalam dua konfigurasi yang merupakan bayangan cermin satu sama lain (antipoda cermin, atau stereoisomer). Semua zat fungsional biologis yang paling penting dalam satwa liar ada dalam bentuk satu stereoisomer tertentu.

Teori struktur kimia kuantokimia

Dalam teori kimia kuantum struktur kimia, parameter utama yang menentukan individualitas molekul adalah konfigurasi elektronik dan spasial (stereokimia). Dalam hal ini, konfigurasi dengan energi terendah, yaitu keadaan energi dasar, diambil sebagai konfigurasi elektronik yang menentukan sifat-sifat molekul.

Representasi struktur molekul

Molekul terdiri dari elektron dan inti atom, lokasi yang terakhir dalam molekul disampaikan oleh rumus struktur (yang disebut rumus kasar digunakan untuk menyampaikan komposisi). Molekul protein dan beberapa senyawa yang disintesis secara artifisial dapat mengandung ratusan ribu atom. Makromolekul polimer dipertimbangkan secara terpisah.

Molekul adalah objek studi teori struktur molekul, kimia kuantum, yang aparatusnya secara aktif menggunakan pencapaian fisika kuantum, termasuk bagian relativistiknya. Saat ini juga sedang berkembang bidang kimia seperti desain molekuler. Untuk menentukan struktur molekul zat tertentu, ilmu pengetahuan modern memiliki seperangkat alat yang sangat besar: spektroskopi elektron, spektroskopi getaran, resonansi magnetik nuklir dan resonansi paramagnetik elektron, dan banyak lainnya, tetapi satu-satunya metode langsung saat ini adalah metode difraksi, seperti analisis difraksi sinar-X dan difraksi neutron.

Interaksi atom dalam molekul

Sifat ikatan kimia dalam molekul tetap menjadi misteri sampai penciptaan mekanika kuantum - fisika klasik tidak dapat menjelaskan saturasi dan arah ikatan valensi. Landasan teori ikatan kimia diciptakan pada tahun 1927 oleh Heitler dan London pada contoh molekul paling sederhana H 2 . Kemudian, teori dan metode perhitungan meningkat secara signifikan.

Ikatan kimia dalam molekul sebagian besar senyawa organik adalah kovalen. Di antara senyawa anorganik, ada ikatan ionik dan donor-akseptor, yang diwujudkan sebagai hasil sosialisasi pasangan elektron dalam atom. Energi pembentukan molekul dari atom-atom dalam banyak rangkaian senyawa serupa kira-kira bersifat aditif. Artinya, kita dapat mengasumsikan bahwa energi suatu molekul adalah jumlah energi ikatannya, yang memiliki nilai konstan dalam deret tersebut.

Aditivitas energi molekul tidak selalu terpenuhi. Contoh pelanggaran aditif adalah molekul planar senyawa organik dengan apa yang disebut ikatan terkonjugasi, yaitu dengan ikatan rangkap yang bergantian dengan ikatan tunggal. Dalam kasus seperti itu, elektron valensi yang menentukan banyaknya ikatan, yang disebut elektron p, menjadi umum untuk seluruh sistem ikatan terkonjugasi, terdelokalisasi. Delokalisasi elektron ini mengarah pada stabilisasi molekul. Penyelarasan kerapatan elektron karena kolektivisasi elektron p pada ikatan dinyatakan dalam pemendekan ikatan rangkap dan pemanjangan ikatan tunggal. Dalam segi enam reguler ikatan antarkarbon benzena, semua ikatan adalah sama dan memiliki panjang antara panjang ikatan tunggal dan ganda. Konjugasi ikatan jelas dimanifestasikan dalam spektrum molekul.

Teori mekanika kuantum modern dari ikatan kimia memperhitungkan delokalisasi parsial tidak hanya p-, tetapi juga s-elektron, yang diamati dalam molekul apa pun.

Dalam sebagian besar kasus, total spin elektron valensi dalam molekul adalah nol, yaitu spin elektron jenuh berpasangan. Molekul yang mengandung elektron tidak berpasangan - radikal bebas (misalnya, atom hidrogen H, metil CH 3) biasanya tidak stabil, karena ketika mereka bereaksi satu sama lain, penurunan energi yang signifikan terjadi karena pembentukan ikatan kovalen.

Interaksi antarmolekul

Spektrum dan struktur molekul

Sifat listrik, optik, magnet, dan molekul lainnya terkait dengan fungsi gelombang dan energi berbagai keadaan molekul. Informasi tentang keadaan molekul dan kemungkinan transisi antara mereka disediakan oleh spektrum molekul.

Frekuensi getaran dalam spektrum ditentukan oleh massa atom, susunannya, dan dinamika interaksi antar atom. Frekuensi dalam spektrum tergantung pada momen inersia molekul, penentuan yang dari data spektroskopi memungkinkan untuk memperoleh nilai yang tepat dari jarak antar atom dalam suatu molekul. Jumlah total garis dan pita dalam spektrum vibrasi suatu molekul bergantung pada simetrinya.

Transisi elektronik dalam molekul mencirikan struktur kulit elektronnya dan keadaan ikatan kimianya. Spektrum molekul yang memiliki jumlah ikatan lebih banyak dicirikan oleh pita serapan panjang gelombang panjang yang jatuh ke daerah tampak. Zat yang dibangun dari molekul semacam itu dicirikan oleh warna; zat tersebut mencakup semua pewarna organik.

Molekul dalam kimia, fisika dan biologi

Konsep molekul adalah dasar kimia, dan ilmu pengetahuan berutang sebagian besar informasi tentang struktur dan fungsi molekul untuk penelitian kimia. Kimia menentukan struktur molekul berdasarkan reaksi kimia dan, sebaliknya, berdasarkan struktur molekul, menentukan jalannya reaksi.

Struktur dan sifat molekul menentukan fenomena fisik yang dipelajari oleh fisika molekuler. Dalam fisika, konsep molekul digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat gas, cair, dan padat. Mobilitas molekul menentukan kemampuan suatu zat untuk berdifusi, viskositasnya, konduktivitas termal, dll. Bukti eksperimental langsung pertama tentang keberadaan molekul diperoleh oleh fisikawan Prancis J. Perrin pada tahun 1906 ketika mempelajari gerak Brown.

Karena semua organisme hidup ada atas dasar interaksi kimia dan non-kimiawi yang seimbang antara molekul, studi tentang struktur dan sifat molekul sangat penting untuk biologi dan ilmu alam secara umum.

Perkembangan biologi, kimia, dan fisika molekuler menyebabkan munculnya biologi molekuler, yang mengeksplorasi fenomena dasar kehidupan, berdasarkan struktur dan sifat molekul yang berfungsi secara biologis.

Lihat juga

  • Teori orbital molekul

Catatan

literatur

  • Tatevskiy V.M. Mekanika kuantum dan teori struktur molekul. - M .: Rumah Penerbitan Universitas Negeri Moskow, . - 162 hal.
  • Bader R. Atom dalam molekul. Teori kuantum. - M.: Mir, . - 532c. ISBN 5-03-003363-7
  • Minkin V.I., Simkin B.Ya., Minyaev R.M. Teori struktur molekul. - M.: Sekolah tinggi, . - 408 hal.
  • Cook D., Teori kuantum sistem molekuler. Pendekatan terpadu. Per dari bahasa Inggris. M.: Intelijen, 2012. - 256s. ISBN: 978-6-91559-096-9

Tautan

  • // Kamus Ensiklopedis Brockhaus dan Efron: Dalam 86 volume (82 volume dan 4 tambahan). - Sankt Peterburg. , 1890-1907.
  • Molekul (video pelajaran, program kelas 7)
  • Schrodinger E. Teori gelombang mekanika atom dan molekul. UFN 1927

Setiap hari kami menggunakan beberapa objek: kami mengambilnya di tangan kami, kami melakukan manipulasi apa pun pada mereka - kami membalikkannya, memeriksanya, dan akhirnya menghancurkannya. Pernahkah Anda bertanya-tanya terbuat dari apa benda-benda ini? "Apa yang harus dipikirkan? Dari logam/kayu/plastik/kain!" - banyak dari kita akan menjawab dengan bingung. Ini sebagian merupakan jawaban yang benar. Dan terdiri dari apakah bahan-bahan ini - logam, kayu, plastik, kain, dan banyak zat lainnya? Hari ini kita akan membahas masalah ini.

Molekul dan atom: definisi

Untuk orang yang berpengetahuan, jawabannya sederhana dan dangkal: dari atom dan molekul. Tetapi beberapa orang menjadi bingung dan mulai mengajukan pertanyaan: "Apa itu atom dan molekul? Seperti apa bentuknya?" dll. Mari kita jawab pertanyaan-pertanyaan ini secara berurutan. Nah, pertama-tama, apa itu atom dan molekul? Biarkan kami memberi tahu Anda segera bahwa definisi ini bukanlah hal yang sama. Apalagi mereka adalah istilah yang sama sekali berbeda. Jadi, atom adalah bagian terkecil dari unsur kimia, yang merupakan pembawa sifat-sifatnya, partikel materi dengan massa dan ukuran yang sedikit. Molekul adalah partikel netral secara elektrik yang dibentuk oleh beberapa atom yang terhubung.

Apa itu atom: struktur

Sebuah atom terdiri dari kulit elektron dan (foto). Pada gilirannya, nukleus terdiri dari proton dan neutron, dan kulit - elektron. Dalam atom, proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak bermuatan sama sekali. Jika jumlah proton sesuai, maka atom tersebut netral secara listrik, yaitu. jika kita menyentuh suatu zat yang terbentuk dari molekul dengan atom seperti itu, kita tidak akan merasakan impuls listrik sedikitpun. Dan bahkan komputer tugas berat tidak akan menangkapnya karena kurangnya yang terakhir. Tetapi kebetulan ada lebih banyak proton daripada elektron, dan sebaliknya. Maka akan lebih tepat untuk menyebut atom seperti itu ion. Jika ada lebih banyak proton di dalamnya, maka secara elektrik positif, tetapi jika elektron mendominasi, maka secara elektrik negatif. Setiap atom tertentu memiliki jumlah proton, neutron, dan elektron yang ketat. Dan itu bisa dihitung. Template untuk memecahkan masalah menemukan jumlah partikel ini terlihat seperti ini:

Kimia elemen - R (masukkan nama elemen)
Proton (p) - ?
Elektron (e) - ?
Neutron (n) - ?
Keputusan:
p = nomor seri kimia. unsur R dalam sistem periodik dinamai D.I. Mendeleev
e = p
n \u003d A r (R) - Tidak. R

Apa itu molekul: struktur

Molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat kimia, yaitu sudah langsung termasuk dalam komposisinya. Molekul zat tertentu terdiri dari beberapa atom yang identik atau berbeda. Fitur struktural molekul tergantung pada sifat fisik zat di mana mereka hadir. Molekul terdiri dari elektron dan atom. Lokasi yang terakhir dapat ditemukan menggunakan rumus struktur. memungkinkan Anda untuk menentukan jalannya reaksi kimia. Mereka biasanya netral (tidak memiliki muatan listrik) dan tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan (semua valensi jenuh). Namun, mereka juga dapat diisi, dalam hal ini nama yang benar adalah ion. Molekul juga dapat memiliki elektron tidak berpasangan dan valensi tak jenuh - dalam hal ini mereka disebut radikal.

Kesimpulan

Sekarang Anda tahu apa itu atom dan Semua zat, tanpa kecuali, terdiri dari molekul, dan yang terakhir, pada gilirannya, dibangun dari atom. Sifat fisik suatu zat menentukan susunan dan ikatan atom dan molekul di dalamnya.

MOLEKUL(novolat. molekul, reduksi. dari lat. mol-massa), mikropartikel yang terbentuk dari dua atau lebih dan mampu menopang dirinya sendiri. adanya. Ia memiliki komposisi konstan (secara kualitatif dan kuantitatif) dari konstituennya dan tetap. jumlah dan memiliki seperangkat sifat yang memungkinkan untuk membedakan satu molekul dari yang lain, termasuk dari molekul dengan komposisi yang sama. Suatu molekul sebagai suatu sistem yang terdiri dari interaksi dan inti dapat didekomposisi. menyatakan dan berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain secara paksa (di bawah pengaruh pengaruh eksternal) atau secara spontan. Untuk semua molekul jenis ini, seperangkat keadaan tertentu adalah karakteristik, yang dapat berfungsi untuk molekul. Bagaimana mandiri. pembentukan molekul memiliki di setiap keadaan seperangkat fisik tertentu. sv-in, sv-va ini dipertahankan sampai tingkat tertentu selama transisi dari molekul ke in-vu yang terdiri dari mereka dan menentukan sv-va dari in-va ini. Dengan kimia. transformasi, molekul satu in-va dipertukarkan dengan molekul lain in-va, pecah menjadi molekul dengan jumlah yang lebih kecil, dan juga masuk menjadi bahan kimia. kabupaten jenis lainnya. Oleh karena itu, ia mempelajari in-va dan transformasinya terkait erat dengan struktur dan keadaan molekul.

Biasanya molekul yang disebut partikel netral secara listrik; jika molekul membawa arus listrik muatan (positif atau negatif), lalu mereka mengatakan tentang dermaga. (atau resp.). Dalam v-ve put. selalu hidup berdampingan dengan yang negatif. Molekul yang berada dalam keadaan dengan multiplisitas selain kesatuan (sebagai aturan, dalam keadaan ganda), disebut. radikal. Gratis radikal dalam kondisi normal, sebagai suatu peraturan, tidak dapat eksis untuk waktu yang lama. waktu. Dikenal, bagaimanapun, gratis. radikal dari struktur yang relatif kompleks, to-rye cukup stabil dan dapat eksis dalam kondisi normal (lihat).

Menurut jumlah molekul yang termasuk dalam molekul, molekul diatomik, triatomik, dll. dibedakan. Jika jumlah dalam molekul melebihi ratusan dan ribuan, molekul itu disebut. . Jumlah massa semua yang membentuk molekul dianggap sebagai (lihat juga , ). Dengan ukuran mol. massa semua zat secara kondisional dibagi menjadi berat molekul rendah dan tinggi.

klasik menganggap molekul sebagai partikel terkecil yang stabil (dalam hal massa dan ukuran) di pulau-pulau, yang menentukan sifat-sifat utamanya. Partikel ini terbentuk dari ikatan kimia satu sama lain (sama atau berbeda). Konsep dalam molekul tidak rinci; itu, secara umum, berbeda dari isolir. , jadi mereka berbicara tentang efektif, perilaku dan sifat yang berbeda dalam molekul yang berbeda.

Dari semua kemungkinan interaksi dalam molekul, interaksi utama dibedakan, atau, gandum hitam memastikan keberadaan molekul yang stabil dan pelestarian karakteristik dasarnya dalam berbagai perubahan eksternal yang cukup luas. kondisi. Semua interaksi (non-prinsipal) lainnya. antara dalam molekul tidak menentukan keberadaannya secara keseluruhan, meskipun mereka mempengaruhi, kadang-kadang secara signifikan, pada sifat-sifat tertentu. Tentang interaksi non-utama. mereka berbicara tentang pengaruh timbal balik yang tidak terkait langsung, atau. Energik interaksi utama. dalam molekul tertentu, sebagai suatu peraturan, lebih signifikan daripada yang non-utama. Pertanyaan apakah interaksi dipilih dalam molekul sebagai utama atau non-utama, diputuskan pada analisis banyak fisik. dan fiz.-chem. St. in-va, terbentuk dari molekul-molekul ini.

teori mekanika kuantum mewakili molekul sebagai suatu sistem yang terdiri dari dan dan terletak di , dari mana molekul dapat pergi ke yang lain. Setiap keadaan dan perubahannya dalam waktu () ditentukan baik oleh fungsi gelombang, yang ditemukan sebagai solusi untuk persamaan Schrödinger (stasioner atau sementara), atau memenuhi persamaan kuantum Liouville (lihat). Untuk molekul yang terisolasi, persamaan Schrödinger biasanya diselesaikan dalam sistem koordinat seperti itu, yang asalnya berada di pusat massa (molekul atau sistem). Ini memungkinkan Anda untuk memisahkan tindakan. gerakan molekul dari semua jenis gerakan lainnya. Untuk keadaan stasioner dari molekul yang terisolasi, fungsi gelombang pada dasarnya terlokalisasi di beberapa wilayah ruang yang terbatas dan menggambarkan keadaan sistem yang terikat (terhubung, stabil), atau tidak memiliki lokalisasi seperti itu, yang menggambarkan keadaan tolak-menolak (tidak terikat). dari sistem. Menolak. Sebenarnya tidak ada keadaan molekul seperti itu, tetapi ada fragmen-fragmennya yang berinteraksi satu sama lain, di mana molekul, yang dipindahkan ke keadaan seperti itu, pecah. Keadaan molekul yang tidak stasioner juga dimungkinkan, yang, bagaimanapun, berubah dalam waktu sangat lambat sehingga molekul dapat berada dalam keadaan ini untuk waktu yang cukup lama (dibandingkan dengan waktu karakteristik percobaan atau waktu pengamatan sistem. ). Keadaan molekul seperti itu biasanya disebut. metastabil (atau quasi-terikat).

Untuk molekul yang terisolasi, arah sumbu sistem koordinat, yang asalnya berada di pusat massa, dipilih sedemikian rupa untuk mengecualikan sepenuhnya mungkin dari pertimbangan rotasi molekul secara keseluruhan (misalnya, sumbu koordinat dapat diarahkan sepanjang sumbu utama ellipsoid inersia molekul atau dihubungkan dengan konfigurasi inti yang dibedakan cl). Menurut , untuk setiap fic-seer. konfigurasi, Anda dapat menentukan keadaan elektronik dan fungsi gelombang elektronik yang sesuai dan tepat. nilai Hamiltonian elektronik adalah energi elektronik (lihat ). Energi elektronik E e bergantung pada himpunan variabel R yang menentukan konfigurasi inti. Ini mencakup potensi tolakan antarnuklear dan digambarkan secara grafis E e \u003d E e (R) (atau hanya potensi. Permukaan) molekul dalam keadaan elektronik tertentu. Khususnya, untuk molekul diatomik, energi elektronik diwakili oleh potensial. kurva E e \u003d E e (R), di mana R adalah jarak antara inti.

Pot. permukaan secara visual mewakili potensi di mana inti molekul yang dipertimbangkan bergerak; solusi persamaan Schrödinger dengan potensial ini berosilasi. fungsi gelombang, kuadrat modulus to-rykh menentukan kerapatan probabilitas untuk mendeteksi konfigurasi nuklir ini atau itu dalam molekul tertentu. Pot. permukaan molekul dalam keadaan elektron terikat, m.b. cukup sederhana, mis. memiliki satu minimum yang sesuai dengan apa yang disebut. keseimbangan geometri. konfigurasi kernel. Dengan peningkatan jarak antar nuklir, potensi energi molekul meningkat ke nilai batas tertentu, di mana molekul terdisosiasi menjadi dua (atau lebih) mol. fragmen (misalnya, ). Untuk potensi molekul poliatomik. pov-sti biasanya memiliki tampilan yang lebih kompleks dengan beberapa. minimum lokal, potensi terpisah. penghalang, serta dengan poin lulus, desember. lembah, lipatan, dll. Selain itu, potensi. pov-sti untuk perbedaan. Keadaan elektronik suatu molekul dapat datang cukup dekat satu sama lain, berpotongan, dan bertepatan pada titik-titik yang terpisah. Di daerah seperti itu terkadang tidak mungkin menggunakan adiabatik. perkiraan dan gambaran visual dari perubahan keadaan molekul sebagai gerakan sepanjang keringat. pov-sti hilang. Jika berfluktuasi. fungsi gelombang, yang mencirikan kepadatan distribusi inti, terlokalisasi di dekat c.-l. minimum pada kuat. pov-sti, dan energi minimum ini terletak di bawah disosiasi. batas untuk molekul tertentu, maka kita dapat berbicara tentang keberadaan molekul dalam getaran elektron yang dipertimbangkan. keadaan struktural dengan konfigurasi kesetimbangan yang sesuai dengan potensial minimum. energi. Minima yang berbeda, jika tidak diubah dengan operasi biasa menjadi satu sama lain, sesuai dengan minima struktural yang berbeda, dan semakin besar atau kecilnya kemudahan menerjemahkan satu ke yang lain ditentukan oleh potensi. hambatan yang memisahkan minimum ini. Jadi, n-butana juga dalam keadaan elektronik dasar, dari sudut pandang mekanika kuantum. teori, esensi adalah molekul yang sama C 4 H 10, pada potensial. Pov-sti untuk-swarm setidaknya ada dua minima: satu-abs. minimum, yang sesuai dengan konfigurasi kesetimbangan iso-butana, dan minimum lokal kedua, yang sesuai dengan konfigurasi kesetimbangan n-butana. Probabilitas transisi spontan dari potensial. sumur dekat satu minimum dalam potensi. baik di dekat minimum lain untuk fluktuasi terendah. menyatakan sangat kecil, yang menentukan keberadaan terpisah dari molekul n-butana dan .

Dalam kasus lain, ampuh. permukaan ada minimum yang dipisahkan oleh penghalang yang relatif rendah (dari beberapa persepuluh hingga beberapa kJ /), atau lembah atau palung yang lembut, ketika bergerak di sepanjang energi molekul berubah kira-kira dalam batas yang sama. Jadi, NaAlF 4 memiliki empatminimum yang setara, dipisahkan oleh penghalang rendah. Minimum sesuai dengan koordinasi simetris Na pada masing-masing dari empat wajah tetrahedron AlF 4 (koordinasi tridentat); masing-masing penghalang sesuai dengan geom. konfigurasi inti dengan koordinasi Na di tepi tetrahedron AlF 4 (koordinasi bidentant). Na dapat bergerak relatif bebas di sekitar tetrahedron. kerangka. Molekul seperti ini disebut politopik. molekul, atau molekul dengan sifat ikatan terdistribusi. Di KCN, K dapat bergerak relatif bebas di sepanjang saluran potensial. pov-sti di sekitar inti CN, sehingga dalam beberapa getaran. menyatakan, molekul ini memiliki paling banyak. kemungkinan konfigurasi dekat dengan segitiga, di lain - ke KNC linier, di lain - ke KCN linier. Molekul jenis ini, serta molekul dengan sifat ikatan terdistribusi, termasuk.

Fungsi gelombang penuh dari molekul tertentu menggunakan adiabatik. aproksimasi adalah produk dari fungsi gelombang elektronik pada getaran. fungsi gelombang. Jika kita memperhitungkan fakta bahwa molekul secara keseluruhan berputar, faktor lain akan memasuki produk - rotasi. fungsi gelombang. Pengetahuan tentang elektronik, berosilasi. dan memutar. fungsi gelombang memungkinkan Anda menghitung untuk setiap molekul nilai rata-rata yang dapat diamati secara fisik: posisi rata-rata inti, serta jarak antar inti rata-rata dan sudut rata-rata antara arah dari inti tertentu ke inti lain, termasuk ke inti terdekat (); listrik rata-rata dan mag. dipol dan , perpindahan rata-rata muatan elektronik dalam transisi dari sistem yang dipisahkan ke molekul, dll. Fungsi gelombang dan energi terurai. Keadaan molekul juga digunakan untuk menemukan kuantitas yang terkait dengan transisi dari satu ke yang lain: frekuensi transisi, probabilitas transisi, kekuatan garis, dll. (lihat ).

Jika sistem inti yang membentuk molekul termasuk yang identik, maka di antara semua konfigurasi inti akan ada yang memiliki ruang tertentu. . Pot. Molekul permukaan simetris sehubungan dengan operasi , yang sesuai dengan konfigurasi tersebut. Untuk alasan ini, konfigurasi simetris inti selalu sesuai dengan titik ekstrim pada potensial. in-ties (minimum, maxima, titik belok). Jika konfigurasi kesetimbangan tidak memiliki kemungkinan tertinggi untuk sistem inti tertentu, atau sama sekali asimetris, maka harus ada juga konfigurasi kesetimbangan yang setara dengannya, diperoleh dari yang asli dengan operasi yang memungkinkan konfigurasi nuklir simetris dari suatu sistem tertentu. molekul (lihat ).

Teori kuantum memberikan gambaran yang lebih kaya dan lebih lengkap tentang molekul dalam berbagai bentuknya. negara dibandingkan dengan klasik. teori kimia. bangunan. Ini memungkinkan, pertama-tama, untuk melakukan kimia. ikatan dalam molekul berdasarkan satu atau lain sifat distribusi (ikatan kovalen sesuai dengan distribusi valensi yang kira-kira simetris antara pembentukan ikatan tersebut; sesuai dengan pergeseran kuat kerapatan ini ke salah satu), atau berdasarkan gagasan tentang asal usul ikatan tertentu (misalnya, ), atau atas dasar lain (misalnya, molekul dengan ikatan terkonjugasi atau molekul dengan sifat ikatan terdistribusi). Teori kuantum juga memungkinkan Anda untuk memperhitungkan perubahan keadaan, gandum hitam terjadi selama transisi dari satu molekul terisolasi ke in-vu, yang terdiri dari banyak molekul yang berinteraksi satu sama lain untuk ext yang diberikan. kondisi. Dan meskipun ketentuan awal yang ketat dari teori kuantum mengharuskan, misalnya, dua molekul yang berinteraksi (N 2 + N 2, N 2 + H 2 O, dll.) dipertimbangkan untuk sistem tunggal yang mencakup semua inti dan dua molekul ini. secara bersamaan (karena persyaratan permutasi untuk , subsistem dari inti identik, dll.), namun, metode teori kuantum memungkinkan dalam banyak hal. kasus untuk menyimpan ide tentangmolekul individu, terganggu oleh pengaruh timbal balik, tetapi mempertahankan sarana. derajat individualitas.

Seperti, khususnya, adalah gagasan tentang molekul (terutama dengan ikatan kovalen) yang bertahan selama transisi ke kondensor. fase dalam sarana. derajat keseimbangan jarak antar inti dan sudut valensi, utama. frekuensi osilasi, dll. Kondensor serupa. fase biasanya disebut. mereka bilang atau katakan. . Di sisi lain, dalam molekul dengan individualitas kadang-kadang tidak diawetkan dan keseluruhan atau merupakan sejenis molekul tunggal. Sebagai aturan, mereka menyimpan yang utama fitur karakteristik dan molekul dalam adsorber. kondisi, serta di .

Molekul individu dalam sistem memperoleh makna fragmen struktural yang efektif, sama efektifnya dalam molekul dalam kerangka klasik. teori. Secara keseluruhan, model molekul atau sistem molekul yang berinteraksi dalam teori kuantum, jika mungkin, biasanya dibangun sedemikian rupa untuk melestarikan representasi visual klasik. teori.

Struktur dan sifat molekul. Klasik dan mekanika kuantum. teoretis ide tentang molekul dikonfirmasi dan disempurnakan oleh eksperimen ekstensif. materi tentang orang-orang kudus mereka dan hubungan orang-orang kudus ini dengan struktur. Konsep tersebut mencakup dua aspek: geom. struktur konfigurasi inti kesetimbangan dalam keadaan yang ditinjau (atau konfigurasi inti yang dirata-ratakan selama gerak osilasi) dan struktur elektronik, yang dicirikan terutama oleh distribusi pada penguraian. geom. konfigurasi inti, perubahan distribusi ini selama transisi dari satu wilayah konfigurasi nuklir ke yang lain, serta distribusi fisik lainnya. kuantitas (misalnya, kerapatan dua elektron). Ciri-ciri geom. adalah: panjang ikatan (jarak antar inti untuk dihubungkan oleh ikatan kimia), sudut valensi (sudut antara arah dari inti tertentu ke inti dua tetangga, terhubung dengan ikatan kimia yang dipertimbangkan), sudut puntir, atau di-hedral (sudut dihedral). antara dua bidang yang melewati c.-l. kembar tiga inti yang dibedakan). Sebagai aturan, geom. aspek mencakup informasi tentang konstituen molekul, urutan dan multiplisitas kimia. ikatan di antara mereka, kemungkinan konformasi. dll. Berdasarkan klasik teori, representasi struktur molekul seperti itu memungkinkan untuk mengklasifikasikan fragmen struktural dari struktur yang serupa berdasarkan jenisnya, untuk menghubungkan sifat-sifat molekul dengan jumlah fragmen struktural dari jenis tertentu yang ada di dalamnya, dan untuk membandingkan sifat-sifat molekul yang dibangun dari jenis yang sama dari set fragmen struktural. Jelas, dengan pendekatan ini, sebuah molekul di setiap keadaan dapat diwakili oleh sistem titik material (berosilasi), atau, dalam kasus umum, dengan sistem bola yang tumpang tindih, yang jari-jarinya diberikan sesuai dengan aturan tertentu ( lihat, misalnya, ).

Pengetahuan tentang distribusi memungkinkan untuk menghitung jamak. Kepulauan St. konfigurasi nuklir untuk setiap negara bagian, mis. listrik Kepulauan St. ( , ), komponen dia- dan paramagnetik dari magn. kerentanan, dll.

Menggabungkan kedua aspek mengarah ke Naib. gagasan lengkap dan perubahannya selama transisi dari satu keadaan ke keadaan lain, ciri-ciri kelas individu dan homolog. baris dan perilaku mereka di ext. bidang dan saat berinteraksi. bersama.

Spektroskopi metode didasarkan pada individualitas spektrum kimia. senyawa, yang disebabkan oleh seperangkat karakteristik keadaan dari setiap molekul dan energi yang sesuai dengannya. tingkat. Metode-metode ini memungkinkan untuk melakukan in-in kualitatif dan kuantitatif. Spektrum serapan atau emisi di daerah gelombang mikro dari spektrum memungkinkan untuk mempelajari transisi antar rotasi. menyatakan, menentukan momen inersia molekul, dan atas dasar mereka, panjang ikatan, dll. parameter molekuler. mengeksplorasi, sebagai suatu peraturan, transisi antara getaran-rotasi. menyatakan dan banyak digunakan untuk analit spektral. tujuan, karena banyak frekuensi getaran fragmen struktural molekul tertentu adalah karakteristik dan sedikit berubah ketika berpindah dari satu molekul ke molekul lain. Pada saat yang sama, ini juga memungkinkan untuk menilai keseimbangan geometri. konfigurasi (secara kualitatif - menurut pengamatan satu atau yang lain dalam spektrum, secara kuantitatif - berdasarkan solusi dari masalah osilasi terbalik, setidaknya untuk molekul atom rendah; lihat