Яку форму має молекула

Молекула — здатна до самостійного існування, електрично нейтральна частинка речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою.

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці. Або тут.

Яку форму має молекула?
Молекули майже цілком складаються з порожнього простору.
Практично вся їх маса сконцентрована в надзвичайно щільних ядрах їхніх атомів.
А їхні електрони, від яких залежить утворення зв'язків між атомами, більше нагадують від’ємна заряджені хмаринки, ніж окремі дискретні частинки.
Отже, молекула не має форми в тому сенсі, в якому її має. наприклад, статуя.
Але, для кожної молекули є принаймні один спосіб розташування ядер і електронів, що максимізує притягання протилежних зарядів, і мінімізує відштовхування однойменних.
Припустімо, що форма молекули визначається лише найвіддаленішими від своїх ядер електронами.
Також вважатимемо, що електронні хмаринки між атомами, тобто хімічні зв’язки всередині молекул, за формою нагадують сосиски.
Не забуваймо, що ядра атомів заряджені додатна, а електрони заряджені від’ємна.
Якби всі ядра в молекулі були зібрані разом, або всі електрони були б звалені в купу, то вони просто відштовхнулись б один від одного, і розлетілись б.
У 1776 році Олександр Вольта, за кілька десятиліть до винайдення гальванічного елемента, відкрив метан.
Хімічна формула метану - СН4, і ця формула показує нам, що кожна молекула метану складається з одного атома вуглецю і чотирьох атомів водню, але не показує нам ані зав’язків між атомами, ні їхнього взаємного розташування в просторі.
З їхніх електронних конфігурацій нам відомо, що вуглець може зв’язуватися з чотирма іншими атомами.
А кожен атом водню може утворити зв’язок лише з одним іншим атомом.
Таким чином ми можемо припустити, вуглець повинен бути центральним атомом, зв’язаним з усіма атомами водню.
Кожен зв’язок являє собою спільну пару електронів.
І ми зобразимо кожну спільну пару електронів лінією.
Тож, у нас є пласка модель цієї молекули.
Але, який вигляд вона має у трьох вимірах?
Ми можемо обґрунтовано стверджувати, що оскільки кожен із цих зав’язків є областю від’ємного заряду, а однойменні заряди відштовхуються, то найвигіднішою буде така конфігурація атомів, яка максимізує відстані між зв’язками.
Отже, для того, щоб всі зв’язки перебували як надалі один від одного, молекула набуває оптимальної форми, яка в цьому випадку є тетраедром.
Таким чином, залежно від того, які атоми залучені, молекули можуть набувати безлічі різних форм.
Аміак має форму піраміди, діоксид вуглецю нагадує пряму, вода нагадує зігнутий лікоть, а трифторид хлору, або ClF3, має форму літери Т.
Все, що ми робили тут, можна поширити на наші моделі атомів і електронів, щоб створити їхні 3Д форми.
Необхідно проводити експерименти, щоб з’ясувати, як ці молекули насправді мають передбачені нами форми.
Звісно ж, більшість форм передбачити можливо, але є і винятки.
Річ у тому, що форми ускладняються при збільшенні кількості атомів.
Усі розглянуті приклади містили лише один центральний атом.
Але, більшість молекул від порівняно простих лікарських засобів і аж до довгих полімерів, на кшталт ДНК або білків, жодного центра не мають.
Важливо пам’ятати, зв’язані атоми розміщуватимуться таким чином, щоб максимізувати притягання між протилежними зарядами, і мінімізувати відштовхування між однойменними.
Деякі молекули мають навіть два і більше стійких розташування атомів.
І у нас може вийти дуже цікава хімія, якщо ми будемо міняти їхню конфігурацію, навіть при тому, що склад молекул, тобто кількість і тип атомів, зовсім не зміняться.