Uma molécula é a menor partícula de uma substância que tem suas propriedades químicas.

Uma molécula é constituída de átomos, ou melhor, de núcleos atômicos, circundados por elétrons internos, enquanto os elétrons externos, de valência, participam da formação de ligações químicas.

E, por exemplo, no caso de gases inertes, os conceitos de átomo e molécula coincidem.

Cada molécula tem uma certa composição qualitativa e quantitativa. Assim, uma molécula de água consiste em átomos de hidrogênio e oxigênio (composição qualitativa), e contém um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio (composição quantitativa). Às vezes, a composição quantitativa das moléculas é expressa em porcentagem (em massa): em H2O-11,1% de hidrogênio e 88,9% de oxigênio.

Além da composição, as moléculas são caracterizadas por uma certa estrutura ou estrutura. Muitas vezes os termos "estrutura" e "estrutura" são identificados, mas às vezes são distinguidos, falando da "estrutura nuclear" e da "estrutura eletrônica" das moléculas. Mas, de qualquer forma, é necessário estipular claramente o que está em jogo: sobre o arranjo mútuo e o movimento dos núcleos atômicos, ou sobre a distribuição da densidade eletrônica.

Os átomos nas moléculas estão conectados em uma determinada ordem. Assim, na molécula de amônia NH3, cada átomo de hidrogênio está conectado por uma ligação covalente com o átomo de nitrogênio; não há ligação química entre os próprios átomos de hidrogênio (o último, no entanto, não significa que não haja interação entre átomos quimicamente não ligados (consulte Ligação química). A presença de ligações entre alguns átomos e sua ausência entre outros é descrita na forma das chamadas fórmulas gráficas ou estruturais.

Recentemente, o termo "topologia de moléculas" tem sido cada vez mais utilizado na literatura química. A topologia é um ramo da matemática que estuda as propriedades dos corpos que não dependem de sua forma e tamanho. Essas propriedades são chamadas de não-métricas. As moléculas têm tanto propriedades métricas (comprimentos de ligações químicas, ângulos entre elas, etc.) - PCl5, ou seja como uma "gaiola", etc.). A topologia de uma molécula é entendida como a totalidade de suas propriedades não métricas.

A topologia dos sistemas moleculares está intimamente relacionada às suas propriedades. Por exemplo, as moléculas do etanol e do éter dimetílico são topologicamente diferentes, o que permite entender a diferença em algumas propriedades desses compostos (o etanol pode dar reações envolvendo o grupo OH e o hidrogênio desse grupo, o éter não, etc.) . Mas as propriedades das moléculas dependem não apenas de sua topologia, mas também de outros fatores (a geometria da molécula, a distribuição da densidade eletrônica nela, etc., veja Estereoquímica).

Nos últimos anos, a atenção dos cientistas atraiu uma nova classe de sistemas moleculares - as chamadas moléculas não rígidas. Como você sabe, os núcleos nas moléculas se movem. Devido à diferença acentuada nas massas dos núcleos e elétrons, os movimentos nucleares (oscilações) ocorrem muito mais lentamente do que os eletrônicos, então podemos supor que os elétrons nas moléculas se movem no campo dos núcleos atômicos estacionários. Claro, tal suposição é uma aproximação, que é chamada de adiabática. Para muitas moléculas, onde os núcleos fazem pequenas oscilações de amplitude em torno de certas posições no espaço, a aproximação adiabática é bastante aceitável. Tais moléculas são chamadas de estruturalmente rígidas, por exemplo, CH4, H2O, etc. No entanto, existem moléculas, são chamadas de não rígidas, nas quais os núcleos fazem movimentos significativos. Nesses casos, o conceito de geometria de equilíbrio constante de uma molécula perde seu significado. Por exemplo, no borohidreto de lítio LiBH4, o cátion Li+, por assim dizer, gira em torno do ânion ВН4 (veja a figura na p. 146, no meio, à direita). Obviamente, para que o íon Li+ inicie essa “jornada”, a molécula deve receber uma certa energia. Para moléculas não rígidas, essa energia é pequena: para LiBH4 é cerca de 16 kJ/mol, ou seja, muitas vezes menor que a energia de ligação química. Outro exemplo de uma molécula não rígida é a amônia NH3. Voltando às moléculas rígidas "comuns", deve-se notar que com a mesma composição elas podem ter topologia e geometria diferentes, ou seja, dar diferentes tipos de isômeros (ver Isomeria; Tautomerismo).

A estrutura e até mesmo a composição das moléculas podem mudar com a mudança do estado de agregação da substância e das condições externas, principalmente temperatura e pressão. Por exemplo, no óxido nítrico gasoso (V), existem moléculas individuais de N2O5, enquanto no estado sólido, os íons NO2+ e NO3 estão localizados nos sítios da rede cristalina desse óxido, ou seja, podemos dizer que o N2O5 sólido é um sal - nitrato de nitrônio.

Em um sólido, as moléculas podem ou não reter sua individualidade. Assim, a maioria dos compostos orgânicos forma cristais moleculares, nos sítios da rede dos quais existem moléculas ligadas umas às outras por interações intermoleculares relativamente fracas. Em cristais iônicos (por exemplo, NaCl) e atômicos (diamante, grafite) não há moléculas separadas, e todo o cristal é, por assim dizer, uma molécula gigante. É verdade que os modelos moleculares começaram recentemente a ser amplamente utilizados na teoria dos sólidos, mas isso exigiu alguma revisão do conceito de célula unitária de um cristal (ver Química dos cristais).

O estudo da estrutura e propriedades das moléculas é de fundamental importância para a ciência natural como um todo.

MOLÉCULA Uma MOLÉCULA é a menor partícula de uma substância que possui suas propriedades químicas básicas. Consiste em átomos localizados no espaço em uma determinada ordem e conectados por ligações químicas. A composição e o arranjo dos átomos são refletidos na fórmula química. O número de átomos em uma molécula varia de 2 (H2, O2, HCl) a muitos milhares (por exemplo, proteínas); os tamanhos das moléculas variam de décimos a milhões de nanômetros. De acordo com o peso molecular, todas as substâncias são condicionalmente divididas em baixo e alto peso molecular. Uma substância no estado gasoso consiste, via de regra, em moléculas individuais (exceto gases nobres e vapores metálicos); na maioria dos líquidos, as moléculas individuais estão conectadas umas às outras em associados. Existem cristais formados por moléculas (naftaleno, cristais de proteínas, ácidos nucléicos). Moléculas de uma substância são convertidas em moléculas de outra substância como resultado de reações químicas.

Enciclopédia Moderna. 2000 .

Sinônimos:

Veja o que é "MOLECULE" em outros dicionários:

molécula- uh. molécula f. A menor partícula de uma substância que possui todas as suas propriedades químicas, capaz de existir independentemente. BAS 1. Molécula. Veselitsky 26. Molécula e molécula. Michelson 1865. Molécula. Chama-se infinito... Dicionário histórico de galicismos da língua russa

- (novolat. molécula, reduzir. de lat. mols massa), a menor parte em va, que tem seu principal. química com você e consistindo de átomos interligados por ligações químicas. O número de átomos em M. varia de dois (H2, O2, HF, KCl) a centenas e milhares ... Enciclopédia Física

MOLÉCULA, a menor partícula de uma substância (por exemplo, um composto químico) que determina as propriedades químicas dessa substância. Uma molécula pode consistir em um átomo, mas geralmente consiste em dois ou mais átomos mantidos juntos por QUÍMICA ... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico

- (forma diminuta de lat. moles - massa) a menor partícula de um composto químico; Consiste em um sistema de átomos, com a ajuda de meios químicos, pode se decompor em átomos individuais. As moléculas dos gases nobres, hélio, etc., são monoatômicas; o mais dificil… Enciclopédia Filosófica

Excimer, genome, epissoma, cromossomo, micropartícula, macromolécula Dicionário de sinônimos russos. molécula substantivo, número de sinônimos: 10 biomolécula (1) … Dicionário de sinônimos

- (novolat. molecula reduz de lat. moles massa), uma micropartícula formada por átomos e capaz de existência independente. Possui uma composição constante de seus núcleos atômicos e um número fixo de elétrons e possui um conjunto de ... ... Grande Dicionário Enciclopédico

MOLÉCULA, moléculas, fêmea. (de lat. moles massa) (est.). A menor partícula de uma substância que pode existir independentemente e tem todas as propriedades dessa substância. As moléculas são formadas por átomos. Dicionário explicativo de Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940... Dicionário explicativo de Ushakov

MOLÉCULA, s, feminino. A menor partícula de uma substância que tem todas as suas propriedades químicas. M. consiste em átomos. | adj. molecular, oh, oh. Massa molecular. Dicionário explicativo de Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992... Dicionário explicativo de Ozhegov

Ou um sistema de partículas ou um grupo de átomos... Enciclopédia de Brockhaus e Efron

- [Francês. molécula de lat. mols massa] a menor partícula de uma dada substância que tem sua química básica. propriedades, capazes de existência independente e consistindo de átomos iguais ou diferentes, combinados em um único produto químico. conexões... Enciclopédia Geológica

Livros

• , Landau Lev Davidovich, Kitaygorodsky Alexander Isaakovich. Os livros do ganhador do Prêmio Nobel Lev Landau e Alexander Kitaygorodsky são textos que transformam a visão tacanha do mundo. A maioria de nós é constantemente confrontada com...
• Molécula. O material de construção do Universo, Landau L.. Livros do ganhador do Prêmio Nobel Lev Landau e Alexander Kitaigorodsky - textos que transformam a visão tacanha do mundo. A maioria de nós é constantemente confrontada com...

De acordo com o qual uma molécula é formada a partir de átomos. Um único átomo não pode formar uma molécula. As moléculas são geralmente consideradas neutras (não carregam cargas elétricas) e não carregam elétrons desemparelhados (todas as valências são saturadas); moléculas carregadas são chamadas de íons, moléculas com uma multiplicidade diferente da unidade (ou seja, com elétrons desemparelhados e valências insaturadas) - radicais.

Moléculas de peso molecular relativamente alto, consistindo na repetição de fragmentos de baixo peso molecular, são chamadas de macromoléculas.

As características estruturais das moléculas determinam as propriedades físicas de uma substância que consiste nessas moléculas.

As substâncias que retêm a estrutura molecular no estado sólido incluem, por exemplo, água, monóxido de carbono (IV) e muitas substâncias orgânicas. Eles são caracterizados por baixos pontos de fusão e ebulição. A maioria das substâncias inorgânicas sólidas (cristalinas) não consiste em moléculas, mas em outras partículas (íons, átomos) e existe na forma de macrocorpos (cristal de cloreto de sódio, um pedaço de cobre, etc.).

A composição das moléculas de substâncias complexas é expressa usando fórmulas químicas.

A história da formação do conceito

No congresso internacional de químicos em Karlsruhe (Alemanha) em 1860, foram adotadas as definições dos conceitos de molécula e átomo. Uma molécula é a menor partícula de uma substância química que possui todas as suas propriedades químicas.

Teoria clássica da estrutura química

Modelo de bola e bastão da molécula de diborano B 2 H 6. Átomos de boro são mostrados em rosa, átomos de hidrogênio em cinza.
Os átomos de "ponte" centrais de hidrogênio univalente formam ligações de três centros com átomos de boro vizinhos

Na teoria clássica da estrutura química, uma molécula é considerada a menor partícula estável de uma substância que possui todas as suas propriedades químicas.

A molécula de uma dada substância tem uma composição constante, ou seja, o mesmo número de átomos unidos por ligações químicas, enquanto a individualidade química da molécula é determinada precisamente pela totalidade e configuração das ligações químicas, ou seja, pelas interações de valência entre seus átomos constituintes, que garantem sua estabilidade e propriedades básicas em uma ampla gama de condições externas. As interações não valentes (por exemplo, ligações de hidrogênio), que muitas vezes podem afetar significativamente as propriedades das moléculas e a substância formada por elas, não são levadas em consideração como critério para a individualidade de uma molécula.

A posição central da teoria clássica é a posição na ligação química, permitindo a presença não apenas de ligações de dois centros que unem pares de átomos, mas também a presença de ligações multicêntricas (geralmente de três centros, às vezes de quatro centros). ) ligações com átomos de "ponte" - como, por exemplo, átomos de hidrogênio em ponte em boranos, a natureza da ligação química não é considerada na teoria clássica - apenas características integrais como ângulos de valência, ângulos diedros (ângulos entre planos formados por tripletos de núcleos), comprimentos de ligação e suas energias são levados em conta.

Assim, uma molécula na teoria clássica é representada como um sistema dinâmico no qual os átomos são considerados pontos materiais e no qual átomos e grupos de átomos relacionados podem realizar movimentos mecânicos rotacionais e oscilatórios relativos a alguma configuração nuclear de equilíbrio correspondente à energia mínima de a molécula e é considerado como um sistema de osciladores harmônicos.

Uma molécula consiste de átomos, ou mais precisamente, de núcleos atômicos, cercados por um certo número de elétrons internos e elétrons de valência externos que formam ligações químicas. Os elétrons internos dos átomos geralmente não participam da formação de ligações químicas. A composição e estrutura das moléculas de uma substância não dependem do método de sua preparação.

Os átomos são combinados em uma molécula na maioria dos casos por meio de ligações químicas. Como regra, tal ligação é formada por um, dois ou três pares de elétrons que são de propriedade conjunta de dois átomos, formando uma nuvem eletrônica comum, cuja forma é descrita pelo tipo de hibridização. Uma molécula pode ter átomos carregados positiva e negativamente (íons).

A composição de uma molécula é transmitida por fórmulas químicas. A fórmula empírica é estabelecida com base na razão atômica dos elementos da substância e no peso molecular.

A estrutura geométrica de uma molécula é determinada pelo arranjo de equilíbrio dos núcleos atômicos. A energia de interação dos átomos depende da distância entre os núcleos. Em distâncias muito grandes, essa energia é zero. Se uma ligação química é formada quando os átomos se aproximam, então os átomos são fortemente atraídos um pelo outro (uma atração fraca é observada mesmo sem a formação de uma ligação química), com a aproximação posterior, as forças eletrostáticas de repulsão dos núcleos atômicos começam agir. Um obstáculo para uma forte aproximação dos átomos é também a impossibilidade de combinar suas camadas eletrônicas internas.

Cada átomo em um determinado estado de valência em uma molécula pode ser atribuído a um determinado raio atômico ou covalente (no caso de uma ligação iônica, o raio iônico), que caracteriza o tamanho da camada eletrônica do átomo (íon) formando uma substância química. ligação na molécula. O tamanho de uma molécula, isto é, o tamanho de sua camada eletrônica, é até certo ponto um valor condicional. Existe uma probabilidade (embora muito pequena) de encontrar os elétrons de uma molécula a uma distância maior de seu núcleo atômico. As dimensões práticas de uma molécula são determinadas pela distância de equilíbrio à qual elas podem ser reunidas com o denso empacotamento de moléculas em um cristal molecular e em um líquido. A grandes distâncias, as moléculas são atraídas umas pelas outras, a distâncias menores, elas se repelem. As dimensões de uma molécula podem ser encontradas usando a análise de difração de raios X de cristais moleculares. A ordem de grandeza dessas dimensões pode ser determinada a partir dos coeficientes de difusão, condutividade térmica e viscosidade dos gases e da densidade da matéria no estado condensado. A distância que os átomos desvinculados de valência da mesma ou de moléculas diferentes podem se aproximar pode ser caracterizada pelos valores médios dos chamados raios de van der Waals (Ǻ).

O raio de van der Waals excede significativamente o covalente. Conhecendo os valores de van der Waals, raios covalentes e iônicos, é possível construir modelos visuais de moléculas que refletiriam a forma e o tamanho de suas camadas eletrônicas.

As ligações químicas covalentes em uma molécula estão localizadas em certos ângulos, que dependem do estado de hibridização dos orbitais atômicos. Assim, para moléculas de compostos orgânicos saturados, é característico um arranjo tetraédrico (tetraédrico) de ligações formadas por um átomo de carbono, para moléculas com ligação dupla (C \u003d C) - um arranjo plano de átomos de carbono, para moléculas de compostos com uma ligação tripla (C º C) - um arranjo linear de ligações . Assim, uma molécula poliatômica tem uma certa configuração no espaço, ou seja, uma certa geometria do arranjo das ligações, que não pode ser alterada sem quebrá-las. Uma molécula é caracterizada por uma ou outra simetria do arranjo dos átomos. Se uma molécula não tem um plano e um centro de simetria, então ela pode existir em duas configurações que são imagens especulares uma da outra (antípodas espelhadas ou estereoisômeros). Todas as substâncias funcionais biológicas mais importantes na vida selvagem existem na forma de um estereoisômero específico.

Teoria quantoquímica da estrutura química

Na teoria química quântica da estrutura química, os principais parâmetros que determinam a individualidade de uma molécula são suas configurações eletrônica e espacial (estereoquímica). Nesse caso, a configuração de menor energia, ou seja, o estado de energia fundamental, é tomada como a configuração eletrônica que determina as propriedades da molécula.

Representação da estrutura das moléculas

As moléculas consistem em elétrons e núcleos atômicos, a localização deste último na molécula é transmitida pela fórmula estrutural (a chamada fórmula bruta é usada para transmitir a composição). Moléculas de proteínas e alguns compostos sintetizados artificialmente podem conter centenas de milhares de átomos. As macromoléculas de polímeros são consideradas separadamente.

As moléculas são o objeto de estudo da teoria da estrutura das moléculas, química quântica, cujo aparato usa ativamente as conquistas da física quântica, incluindo suas seções relativísticas. Também atualmente desenvolvendo um campo da química como design molecular. Para determinar a estrutura das moléculas de uma determinada substância, a ciência moderna tem um colossal conjunto de ferramentas: espectroscopia eletrônica, espectroscopia vibracional, ressonância magnética nuclear e ressonância paramagnética eletrônica, e muitas outras, mas os únicos métodos diretos atualmente são métodos de difração, como análise de difração de raios X e difração de nêutrons.

Interação de átomos em uma molécula

A natureza das ligações químicas em uma molécula permaneceu um mistério até a criação da mecânica quântica - a física clássica não conseguia explicar a saturação e a direção das ligações de valência. Os fundamentos da teoria da ligação química foram criados em 1927 por Heitler e London no exemplo da molécula mais simples H 2 . Mais tarde, a teoria e os métodos de cálculo foram significativamente melhorados.

As ligações químicas nas moléculas da grande maioria dos compostos orgânicos são covalentes. Entre os compostos inorgânicos, existem ligações iônicas e doador-aceptor, que são realizadas como resultado da socialização de um par de elétrons em um átomo. A energia de formação de uma molécula a partir de átomos em muitas séries de compostos semelhantes é aproximadamente aditiva. Ou seja, podemos supor que a energia de uma molécula é a soma das energias de suas ligações, que possuem valores constantes em tais séries.

A aditividade da energia de uma molécula nem sempre é satisfeita. Um exemplo de violação da aditividade são as moléculas planares de compostos orgânicos com as chamadas ligações conjugadas, ou seja, com ligações múltiplas que se alternam com ligações simples. Nesses casos, os elétrons de valência que determinam a multiplicidade de ligações, os chamados elétrons p, tornam-se comuns a todo o sistema de ligações conjugadas, deslocalizadas. Essa deslocalização de elétrons leva à estabilização da molécula. O alinhamento da densidade eletrônica devido à coletivização dos elétrons p sobre as ligações é expresso no encurtamento das ligações duplas e no alongamento das ligações simples. No hexágono regular das ligações intercarbonadas do benzeno, todas as ligações são iguais e têm um comprimento entre o comprimento de uma ligação simples e dupla. A conjugação de ligações é claramente manifestada em espectros moleculares.

A moderna teoria da mecânica quântica das ligações químicas leva em consideração a deslocalização parcial não apenas dos elétrons p, mas também dos elétrons s, que é observada em qualquer molécula.

Na grande maioria dos casos, o spin total dos elétrons de valência em uma molécula é zero, ou seja, os spins dos elétrons são saturados aos pares. Moléculas contendo elétrons desemparelhados - radicais livres (por exemplo, hidrogênio atômico H, metil CH 3) geralmente são instáveis, pois quando reagem entre si, ocorre uma diminuição significativa de energia devido à formação de ligações covalentes.

Interação intermolecular

Espectro e estrutura das moléculas

Propriedades elétricas, ópticas, magnéticas e outras das moléculas estão relacionadas às funções de onda e energias de vários estados das moléculas. As informações sobre os estados das moléculas e a probabilidade de transição entre eles são fornecidas pelos espectros moleculares.

As frequências de vibração nos espectros são determinadas pelas massas dos átomos, seu arranjo e a dinâmica das interações interatômicas. As frequências nos espectros dependem dos momentos de inércia das moléculas, cuja determinação a partir de dados espectroscópicos permite obter valores exatos de distâncias interatômicas em uma molécula. O número total de linhas e bandas no espectro vibracional de uma molécula depende de sua simetria.

As transições eletrônicas nas moléculas caracterizam a estrutura de suas camadas eletrônicas e o estado das ligações químicas. Os espectros de moléculas que possuem um maior número de ligações são caracterizados por bandas de absorção de comprimento de onda longo que caem na região do visível. As substâncias que são construídas a partir de tais moléculas são caracterizadas pela cor; tais substâncias incluem todos os corantes orgânicos.

Moléculas em química, física e biologia

O conceito de molécula é fundamental para a química, e a ciência deve a maior parte das informações sobre a estrutura e funcionalidade das moléculas à pesquisa química. A química determina a estrutura das moléculas com base nas reações químicas e, inversamente, com base na estrutura da molécula, determina qual será o curso das reações.

A estrutura e as propriedades da molécula determinam os fenômenos físicos que são estudados pela física molecular. Na física, o conceito de molécula é usado para explicar as propriedades de gases, líquidos e sólidos. A mobilidade das moléculas determina a capacidade de difusão de uma substância, sua viscosidade, condutividade térmica, etc. A primeira prova experimental direta da existência de moléculas foi obtida pelo físico francês J. Perrin em 1906 ao estudar o movimento browniano.

Como todos os organismos vivos existem com base em uma interação química e não química finamente equilibrada entre moléculas, o estudo da estrutura e propriedades das moléculas é de fundamental importância para a biologia e as ciências naturais em geral.

O desenvolvimento da biologia, química e física molecular levou ao surgimento da biologia molecular, que explora os fenômenos básicos da vida, com base na estrutura e propriedades das moléculas biologicamente funcionais.

Veja também

• Teoria dos orbitais moleculares

Notas

Literatura

• Tatevskiy V. M. Mecânica quântica e teoria da estrutura das moléculas. - M.: Editora da Universidade Estatal de Moscou, . - 162 p.
• Bader R.Átomos em moléculas. Teoria quântica. - M.: Mir, . - 532 c. ISBN 5-03-003363-7
• Minkin V.I., Simkin B. Ya., Minyaev R.M. Teoria da estrutura das moléculas. - M.: Escola superior, . - 408 pág.
• Cook D., Teoria quântica de sistemas moleculares. Abordagem unificada. Por do inglês. M.: Inteligência, 2012. - 256s. ISBN: 978-6-91559-096-9

Links

• // Dicionário Enciclopédico de Brockhaus e Efron: Em 86 volumes (82 volumes e 4 adicionais). - São Petersburgo. , 1890-1907.
• Moléculas (vídeo aula, programa da 7ª série)
• Schrodinger E. Teoria das ondas da mecânica de átomos e moléculas. UFN 1927

Química estrutural
Ligação química:	Aromaticidade | Ligação covalente | ligação iônica | Ligação metálica | Ligação de hidrogénio | Título doador-aceitador | Tautomerismo | Conexão Van der Waals
Exibição da estrutura:	Grupo funcional | Fórmula estrutural | Fórmula esquelética de compostos orgânicos | Fórmula química | Ligando | Geometria de coordenação | Esfera de coordenação
Propriedades eletrônicas:	Eletronegatividade | Afinidade eletrônica | Energia de ionização | Polaridade das ligações químicas | Regra do octeto
Estereoquímica:	Átomo assimétrico | Isomeria | Configuração | Quiralidade | Conformação

Todos os dias usamos alguns objetos: pegamos em nossas mãos, realizamos qualquer manipulação neles - os viramos, examinamos e finalmente os quebramos. Você já se perguntou do que são feitos esses objetos? "O que há para pensar? De metal / madeira / plástico / tecido!" - muitos de nós responderemos perplexos. Esta é em parte a resposta correta. E em que consistem esses materiais - metal, madeira, plástico, tecido e muitas outras substâncias? Hoje vamos discutir este assunto.

Molécula e átomo: definição

Para um conhecedor, a resposta é simples e banal: de átomos e moléculas. Mas algumas pessoas ficam confusas e começam a fazer perguntas: "O que são um átomo e uma molécula? Como eles se parecem?" etc. Vamos responder a essas perguntas em ordem. Bem, em primeiro lugar, o que são um átomo e uma molécula? Deixe-nos dizer-lhe imediatamente que essas definições não são a mesma coisa. Além disso, são termos completamente diferentes. Assim, um átomo é a menor parte de um elemento químico, que é o portador de suas propriedades, uma partícula de matéria de massa e tamanho escassos. Uma molécula é uma partícula eletricamente neutra que é formada por vários átomos conectados.

O que é um átomo: estrutura

Um átomo consiste em uma camada de elétrons e (foto). Por sua vez, o núcleo consiste em prótons e nêutrons, e a casca - de elétrons. Em um átomo, os prótons são carregados positivamente, os elétrons são carregados negativamente e os nêutrons não são carregados. Se o número de prótons corresponder, então o átomo é eletricamente neutro, ou seja, se tocarmos uma substância formada por moléculas com tais átomos, não sentiremos o menor impulso elétrico. E mesmo computadores pesados ​​não irão pegá-lo devido à falta deste último. Mas acontece que há mais prótons do que elétrons, e vice-versa. Então seria mais correto chamar esses átomos de íons. Se houver mais prótons, então é eletricamente positivo, mas se os elétrons predominam, é eletricamente negativo. Cada átomo específico tem um número estrito de prótons, nêutrons e elétrons. E pode ser calculado. O modelo para resolver problemas de encontrar o número dessas partículas é assim:

Química elemento - R (insira o nome do elemento)
Prótons (p) - ?
Elétrons (e) - ?
Nêutrons (n) - ?
Solução:
p = número de série de chem. elemento R no sistema periódico com o nome de D.I. Mendeleiev
e = p
n \u003d A r (R) - Não. R

O que é uma molécula: estrutura

Uma molécula é a menor partícula de uma substância química, ou seja, já está diretamente incluída em sua composição. Uma molécula de uma determinada substância consiste em vários átomos idênticos ou diferentes. As características estruturais das moléculas dependem das propriedades físicas da substância na qual estão presentes. As moléculas são formadas por elétrons e átomos. A localização deste último pode ser encontrada usando a fórmula estrutural. permite determinar o curso de uma reação química. Eles são geralmente neutros (não têm carga elétrica) e não têm elétrons desemparelhados (todas as valências estão saturadas). No entanto, eles também podem ser carregados, caso em que seu nome correto é íons. As moléculas também podem ter elétrons desemparelhados e valências insaturadas - neste caso, são chamadas de radicais.

Conclusão

Agora você sabe o que é um átomo e todas as substâncias, sem exceção, são compostas de moléculas, e estas, por sua vez, são constituídas de átomos. As propriedades físicas de uma substância determinam o arranjo e a ligação de átomos e moléculas nela.

MOLÉCULA(novolat. molecula, reduzir. de lat. moles-massa), uma micropartícula formada por duas ou mais e capaz de se auto-sustentar. existência. Possui uma composição constante (qualitativa e quantitativamente) de seus constituintes e fixa. o número e possui um conjunto de propriedades que permitem distinguir uma molécula de outras, inclusive de moléculas de mesma composição. Uma molécula como um sistema que consiste em interagir e núcleos pode estar em decomposição. estados e passar de um estado para outro de forma forçada (sob a influência de influências externas) ou espontaneamente. Para todas as moléculas desse tipo, um certo conjunto de estados é característico, que pode servir para moléculas. Quão independente. a formação de uma molécula tem em cada estado um certo conjunto de física. sv-in, esses sv-va são preservados em um grau ou outro durante a transição das moléculas para o in-vu que consiste neles e determinam o sv-va desse in-va. Com química. transformações, as moléculas de um in-va são trocadas com as moléculas de outros in-va, quebram-se em moléculas com um número menor, e também entram em um produto químico. bairros de outros tipos. Por isso, ele estuda in-va e suas transformações inextricavelmente ligadas à estrutura e estado das moléculas.

Geralmente uma molécula chamada partícula eletricamente neutra; se a molécula carrega uma corrente elétrica carga (positiva ou negativa), então eles dizem sobre o cais. (ou resp.). Em v-ve colocar. sempre coexistir com os negativos. Moléculas que estão em estados com uma multiplicidade diferente da unidade (como regra, em estados duplos), chamadas. radicais. Livre radicais em condições normais, como regra, não podem existir por muito tempo. Tempo. Conhecido, porém, gratuito. radicais de uma estrutura relativamente complexa, to-rye são bastante estáveis ​​e podem existir em condições normais (ver).

De acordo com o número de moléculas incluídas na molécula, as moléculas diatômicas, triatômicas, etc. são distinguidas. Se o número na molécula exceder centenas e milhares, a molécula é chamada. . A soma das massas de todos que compõem a molécula é considerada como (veja também , ). Pelo tamanho do mol. massas de todas as substâncias são condicionalmente divididas em baixo e alto peso molecular.

clássico considera a molécula como a menor partícula estável (em termos de massa e tamanho) nas ilhas, o que determina suas principais propriedades. Esta partícula é formada por ligações químicas entre si (iguais ou diferentes). O conceito na molécula não é detalhado; ele, em geral, difere de isolir. , então eles falam sobre eficaz, cujo comportamento e propriedades são diferentes em diferentes moléculas.

De todas as interações possíveis nas moléculas, as principais interações são distinguidas, ou seja, o centeio garante a existência estável da molécula e a preservação de suas características básicas em uma gama bastante ampla de mudanças externas. condições. Todas as outras interações (não principais). entre em uma molécula não determinam sua existência como um todo, embora influenciem, às vezes significativamente, em certas propriedades. Sobre interações não principais. eles falam sobre a influência mútua de não diretamente relacionados, ou. Energeticamente a principal interação. em uma dada molécula, via de regra, são mais significativas do que as não principais. A questão de saber se a interação selecionado na molécula como o principal ou não principal, é decidido na análise de muitos físicos. e fiz.-chem. St. em in-va, formado a partir dessas moléculas.

teoria da mecânica quântica representa uma molécula como um sistema constituído por ee localizado em um determinado , do qual a molécula pode ir para outro. Cada estado e sua mudança no tempo () é determinado por uma função de onda, que é encontrada como uma solução para a equação de Schrödinger (estacionária ou temporária), ou satisfazendo a equação quântica de Liouville (ver). Para moléculas isoladas, a equação de Schrödinger geralmente é resolvida em tal sistema de coordenadas, cuja origem está no centro de massa (de uma molécula ou sistema). Isso permite que você separe o ato. o movimento da molécula de todos os outros tipos de movimento. Para um estado estacionário de uma molécula isolada, a função de onda é essencialmente localizada em uma certa região finita do espaço e descreve um estado ligado (conectado, estável) do sistema, ou não possui tal localização, descrevendo um estado repulsivo (não ligado) do sistema. estado do sistema. O repelir. Na verdade, não existe um estado da molécula como tal, mas existem seus fragmentos interagindo uns com os outros, nos quais a molécula, sendo transferida para tal estado, se fragmenta. Também são possíveis estados não estacionários da molécula, que, no entanto, mudam no tempo tão lentamente que a molécula pode ficar nesses estados por um tempo suficientemente longo (comparado ao tempo característico do experimento ou ao tempo de observação do sistema). ). Tais estados da molécula são geralmente chamados. metaestável (ou quase ligado).

Para uma molécula isolada, as direções dos eixos do sistema de coordenadas, cuja origem está no centro de massa, são escolhidas de modo a excluir o mais completamente possível da consideração da rotação da molécula como um todo (por exemplo, os eixos coordenados podem ser direcionados ao longo dos eixos principais do elipsóide de inércia da molécula ou estão conectados com uma configuração distinta de núcleos c.l.). Segundo , para cada fic-seer. configuração, você pode determinar o estado eletrônico e a função de onda eletrônica correspondente e adequada. o valor do hamiltoniano eletrônico é a energia eletrônica (veja ). A energia eletrônica E e depende do conjunto de variáveis ​​R que determinam a configuração dos núcleos. Inclui o potencial de repulsão internuclear e é representado graficamente E e = E e (R) (ou simplesmente o potencial. Superfície) da molécula em um dado estado eletrônico. Em particular, para moléculas diatômicas, a energia eletrônica é representada pelo potencial. curva E e \u003d E e (R), onde R é a distância entre os núcleos.

Panela. a superfície representa visualmente o potencial em que os núcleos da molécula em consideração se movem; as soluções da equação de Schrödinger com este potencial são oscilatórias. funções de onda, o quadrado do módulo para-rykh determina a densidade de probabilidade para detectar esta ou aquela configuração nuclear em uma dada molécula. Panela. superfície para uma molécula em um estado eletrônico ligado, m. b. bastante simples, por exemplo. têm um mínimo correspondente ao chamado. geometria de equilíbrio. configurações do núcleo. Com o aumento das distâncias internucleares, o potencial. a energia da molécula aumenta até um certo valor limite, no qual a molécula se dissocia em dois (ou mais) mol. fragmento (por exemplo, ). Para moléculas poliatômicas potência. pov-sti geralmente têm uma aparência mais complexa com vários. mínimos locais, potência separada. barreiras, bem como com pontos do passe, dez. vales, dobras, etc. Além disso, o potencial. pov-sti para diff. Os estados eletrônicos de uma molécula podem se aproximar o suficiente um do outro, se cruzar e coincidir em pontos separados. Em tais regiões às vezes é impossível usar adiabático. aproximação e uma imagem visual da mudança nos estados da molécula como movimentos ao longo dos suores. pov-sti está perdido. Se flutuante. função de onda, que caracteriza a densidade da distribuição de núcleos, está localizada próximo ao c.-l. mínimo em potente. pov-sti, e em energia esse mínimo fica abaixo da dissociação. limites para uma dada molécula, então podemos falar sobre a presença de uma molécula na vibração de elétrons considerada. estado estrutural com uma configuração de equilíbrio correspondente ao potencial mínimo. energia. Diferentes mínimos, se não forem traduzidos entre si por operações ordinárias, correspondem a diferentes estruturas, e a maior ou menor facilidade de tradução de um no outro é determinada pelo potencial. barreiras que separam esses mínimos. Assim, o n-butano também está no estado eletrônico fundamental, do ponto de vista da mecânica quântica. teoria, a essência é a mesma molécula C 4 H 10, no potencial. Pov-sti to-swarm existem pelo menos dois mínimos: um-abs. o mínimo, ao qual corresponde a configuração de equilíbrio do isobutano, e o segundo mínimo local, ao qual corresponde a configuração de equilíbrio do n-butano. Probabilidade de transição espontânea de potencial. poços perto de um mínimo em potente. bem perto de outro mínimo para as flutuações mais baixas. estados é muito pequeno, o que determina a existência separada de moléculas de n-butano e .

Em outros casos, potente. superfície existem mínimos separados por barreiras relativamente baixas (de vários décimos a vários kJ /), ou vales ou vales suaves, ao se mover ao longo dos quais a energia da molécula varia aproximadamente dentro dos mesmos limites. Então, NaAlF 4 tem quatromínimo equivalente, separados por barreiras baixas. Os mínimos correspondem à coordenação simétrica do Na em cada uma das quatro faces do tetraedro AlF 4 (coordenação tridentada); cada uma das barreiras corresponde a um geom. configurações de núcleos com coordenação de Na na borda do tetraedro AlF 4 (coordenação bidente). O Na pode se mover relativamente livremente ao redor do tetraedro. esqueleto. Tais moléculas são chamadas de politópicas. moléculas, ou moléculas com uma natureza de ligação distribuída. Em KCN, K pode se mover relativamente livremente ao longo da calha do potencial. pov-sti em torno do núcleo CN, de modo que em algumas vibrações. estados, esta molécula tem mais. uma configuração provável próxima de triangular, em outros - de KNC linear, em outros - de KCN linear. Moléculas desse tipo, bem como moléculas com natureza distribuída da ligação, pertencem.

Função de onda completa da molécula em um determinado usando adiabático. aproximação é o produto da função de onda eletrônica na vibração. função de onda. Se levarmos em conta o fato de que a molécula como um todo gira, outro fator entrará no produto - girar. função de onda. Conhecimento de eletrônica, oscilante. e girar. funções de onda permitem calcular para cada molécula valores médios fisicamente observáveis: posições médias dos núcleos, bem como distâncias internucleares médias e ângulos médios entre as direções de um determinado núcleo para outros núcleos, inclusive para os mais próximos (); elétrica média e magn. dipolo e , deslocamentos médios da carga eletrônica na transição de um sistema separado para uma molécula, etc. Funções de onda e energias decomp. Os estados de uma molécula também são usados ​​para encontrar quantidades associadas a transições de uma para outra: frequências de transição, probabilidades de transição, intensidades de linha, etc. (veja ).

Se o sistema de núcleos que formam uma molécula inclui idênticos, entre todas as configurações de núcleos haverá aqueles que possuem um certo espaço. . Panela. As moléculas de superfície são simétricas em relação às operações , que correspondem a tais configurações. Por esta razão, configurações simétricas de núcleos sempre correspondem a pontos extremos no potencial. in-ties (mínimos, máximos, pontos de inflexão). Se a configuração de equilíbrio não for a mais alta possível para um dado sistema de núcleos, ou for completamente assimétrica, então deve haver também uma configuração de equilíbrio equivalente a ela, obtida da original por aquelas operações que permitem configurações nucleares simétricas de um dado molécula (ver ).

A teoria quântica fornece uma imagem mais rica e completa da molécula em suas várias formas. estados em comparação com o clássico. a teoria da química. edifícios. Ele permite, em primeiro lugar, realizar chem. ligações em moléculas com base em uma ou outra natureza da distribuição (ligações covalentes correspondem a uma distribuição aproximadamente simétrica de ligações de valência entre a formação de tais ligações; elas correspondem a um forte deslocamento dessa densidade para uma de ), ou com base em ideias sobre a origem de uma ligação particular (por exemplo, ), ou por outros motivos (por exemplo, uma molécula com ligações conjugadas ou uma molécula com uma natureza distribuída da ligação). A teoria quântica também permite que você leve em conta as mudanças de estado, to-rye surgem durante a transição de uma única molécula isolada para uma in-vu, consistindo em muitas moléculas interagindo umas com as outras para determinado ext. condições. E embora as estritas provisões iniciais da teoria quântica exijam que, por exemplo, duas moléculas em interação (N 2 + N 2, N 2 + H 2 O, etc.) sejam consideradas para um único sistema que inclui todos os núcleos e essas duas moléculas simultaneamente (devido aos requisitos da permutação para , subsistemas de núcleos idênticos, etc.), no entanto, os métodos da teoria quântica permitem de muitas maneiras. casos para manter ideias sobremoléculas individuais, perturbadas pela influência mútua, mas retidas nos meios. grau de individualidade.

Tais, em particular, são as idéias sobre moléculas (predominantemente com ligações covalentes) que retêm na transição para um condensador. fase nos meios. graus de equilíbrio distâncias internucleares e ângulos de valência, principal. freqüências de oscilação, etc. Condensador semelhante. fases são normalmente chamadas. eles dizem ou dizer. . Por outro lado, nas moléculas, a individualidade às vezes não é preservada e o todo ou é uma espécie de molécula única. Via de regra, eles mantêm seus principais características e moléculas características no adsorvedor. condição, bem como em .

Moléculas individuais no sistema adquirem o significado de fragmentos estruturais eficazes, igualmente eficazes em moléculas dentro da estrutura clássica. teorias. Em geral, o modelo de uma molécula ou de um sistema de moléculas em interação na teoria quântica é geralmente construído, se possível, de forma a preservar as representações visuais do clássico. teorias.

Estrutura e propriedades das moléculas. Clássico e mecânica quântica. teórico idéias sobre moléculas são confirmadas e refinadas por extensos experimentos. material sobre seus santos e a conexão desses santos com a estrutura. O conceito inclui dois aspectos: geom. a estrutura da configuração nuclear de equilíbrio no estado em consideração (ou a configuração nuclear média sobre o movimento oscilatório) e a estrutura eletrônica, caracterizada principalmente pela distribuição na decomposição. geom. configurações de núcleos, uma mudança nessa distribuição durante a transição de uma região de configurações nucleares para outra, bem como a distribuição de outras físicas. quantidades (por exemplo, densidade de dois elétrons). As características do geom. são: comprimentos de ligação (distâncias internucleares para ligações químicas), ângulos de valência (ângulos entre as direções de um determinado núcleo para os núcleos de dois núcleos vizinhos, conectados com a ligação química considerada), ângulos de torção ou diedros (ângulos diedros entre dois planos que passam pelos trigêmeos distintos de núcleos c.-l). Como regra, geom. aspecto inclui informações sobre os constituintes da molécula, a sequência e a multiplicidade de produtos químicos. ligações entre eles, possíveis conformações. etc. Baseado no clássico teoria, tal representação da estrutura das moléculas permite classificar fragmentos estruturais de estrutura semelhante por tipos, correlacionar as propriedades das moléculas com o número de fragmentos estruturais de certos tipos presentes nelas e comparar as propriedades das moléculas construídas do mesmo tipo de conjuntos de fragmentos estruturais. Claramente, com essa abordagem, uma molécula em cada estado pode ser representada por um sistema de pontos materiais (oscilantes) ou, no caso geral, por um sistema de esferas sobrepostas, cujos raios são dados de acordo com certas regras ( ver, por exemplo, ).

O conhecimento da distribuição permite calcular o plural. St. Ilhas em fixação. configurações nucleares para cada estado, por exemplo. elétrico St. Islands ( , ), componentes dia- e paramagnéticos do magn. suscetibilidade, etc

A combinação de ambos os aspectos leva ao Naib. uma ideia completa de​​e sua mudança durante a transição de um estado para outro, as características de classes individuais e homólogas. linhas e seu comportamento em ext. campos e na interação. juntos.

espectroscópico métodos são baseados na individualidade dos espectros químicos. compostos, o que se deve a um conjunto de estados característicos de cada molécula e a energia correspondente a eles. níveis. Esses métodos permitem realizar in-in qualitativas e quantitativas. Os espectros de absorção ou emissão na região de micro-ondas do espectro permitem estudar as transições entre rotações. estados, determinar os momentos de inércia das moléculas e, com base neles, o comprimento das ligações, etc geom. parâmetros moleculares. explora, via de regra, as transições entre vibração-rotação. estados e é amplamente utilizado para analito espectral. objetivos, porque muitos as frequências de vibrações de certos fragmentos estruturais de moléculas são características e mudam ligeiramente ao passar de uma molécula para outra. Ao mesmo tempo, também permite julgar o equilíbrio geométrico. configurações (qualitativamente - de acordo com a observância de certas no espectro, quantitativamente - com base na solução do problema da oscilação inversa, pelo menos para moléculas de baixa atômica; ver