Молекула — визначення, будова, властивості

Одним з основоположних понять сучасної науки є поняття молекули. Його введення європейськими вченими в 1860 році дало поштовх до розвитку не тільки хімії і фізики, а й інших природничих наук.

Молекулою, в найбільш загальному визначенні, називається частинка, утворена з декількох (двох або більше) атомів, об’єднаних між собою ковалентними зв’язками. Вона не має електричного заряду, а всі електрони в її складі мають пару.

Молекули, що несуть заряд, називаються іонами, а непарні електрони – радикалами. Якісний і кількісний склад їх стабільний. Кількість ядер атомів, електронів і їх взаємне розташування дозволяють відрізняти молекули різних речовин один від одного.

Що таке молекула у фізиці

У фізиці цим поняттям оперують при вивченні властивостей різних середовищ (гази, рідини) і твердих тіл.

Також властивостями молекул пояснюються явища:

• дифузії;
• теплопровідності;
• в’язкість речовин.

Що таке молекула в хімії

Вчення про молекули для хімічної науки є одним з найголовніших. Саме хімічні дослідження дали найважливіші відомості про склад і властивості цієї найдрібнішої одиниці речовини.

При проходженні хімічного перетворення молекули обмінюються атомами, розпадаються. Тому знання про будову і стан цих частинок лежать в основі вивчення хімії речовин і їх перетворень.

На підставі знань про хімічні реакції, що проходять, можна передбачити будову молекул речовин, яких ній беруть участь. Протилежний висновок теж буде вірним: на підставі відомостей про будову молекули речовини реально передбачити її поведінку під час хімічної реакції.

Будова молекули

Поняття про будову включає геометричну структуру і розподіл електронної щільності.

Як приклад розглянемо будову найменшої частки води.

Існує кілька способів взаємодії атомів. Основним способом є хімічні зв’язки, завдяки їм підтримується стабільне існування молекул. Інші (неосновні) взаємодії відбуваються між тими атомами, які не пов’язані безпосередньо.

Види хімічного зв’язку:

• Металевий – ядра атомів металів, розташовані у вузлах кристалічних решіток, об’єднані спільною хмарою електронів.
• Водневий – заснований на здатності атома водню утворювати додатковий зв’язок при зміщенні від нього електронної густини.
• Іонний – має електричну природу. Сильно поляризований. Виникає при тяжінні іонів, що несуть протилежний заряд.
• Ковалентний – може бути полярним і неполярною. Утворюється коштом пари електронів, спільно належить двом атомам. Відрізняється найбільшою стійкістю і енергетичною ємністю.

Зв’язки характеризуються наступними показниками:

• довжина – ступінь віддалення один від одного ядер атомів, що утворили зв’язок;
• енергія – сила, що додається для руйнування зв’язку;
• полярність – зміщення електронної хмари до одного з атомів;
• порядок або кратність – кількість пар електронів, що утворили зв’язок.

Будова молекул умовно виражається структурними формулами. Основні взаємодії атомів, при складанні таких формул, позначають рисками. У таких формулах зв’язки утворюють нерозривний ланцюг і ілюструють валентності елементів (атомів), що утворили їх.

Структурні формули також виражають те, як виглядає молекула (лінійна, циклічна, наявність радикалів і т.д.).

Будова молекули активно вивчається. Для цього використовують різні експериментальні та теоретичні методи. До експериментальних відносять рентгенівський структурний аналіз, спектроскопія, массспектрометрія та ін., а до теоретичних – розрахункові методи квантової хімії.

Маса (розмір) молекули

Залежно від кількості ядер атомів, що входять до їх складу, можна виділити молекули двоатомні, трьохатомні і т. д.

У тому випадку, якщо кількість атомів велика, молекула називається макромолекула.

Шляхом складання мас атомів, що входять до складу молекули, можна визначити молекулярну масу. Залежно від її величини, всі речовини ділять на високо- і низькомолекулярні.

Властивості молекули

Сучасна наука виділяє наступні властивості молекул:

• Електричні – цими властивостями визначається те, як поводиться речовина в електричному полі. Атоми, що входять до складу молекули, складаються, своєю чергою, з позитивно зарядженого ядра і електронів, що несуть негативний заряд. Ці заряди всередині самої молекули розташовуються нерівномірно. У зв’язку з цим виникає так званий дипольний момент і зміщення електронної густини в бік одного з атомів.
• Оптичні – дають характеристику того, як поводиться речовина в полі світлової хвилі. До оптичних властивостей відносять здатність поляризувати світло, заломлювати його і розсіювати.
• Магнітні – пояснюються розподілом електронів в атомах.

Також розрізняють речовини:

• діамагнітні – парних електронів немає;
• парамагнітні – є непарні електрони.

Знання про властивості і будову молекул є основоположними для розвитку теоретичних і прикладних наук, що відіграють важливу роль в житті людини.