What is The Shape of a Molecule? - George zaidan and charles morton

Kakšna je oblika molekule? Molekula je predvsem prazen prostor. Skoraj vsa njena masa je skoncentrirana v izredno gostem jedru njenih atomov. In njeni elektroni, ki odločajo, kako so atomi povezani med seboj, so bolj oblaki negativnega naboja kot posamezni, določeni delci. Torej, molekula nima oblike na isti način, kot ima obliko naprimer kip. A za vsako molekulo obstaja vsaj en način ureditve jedra in elektronov, da se poveča privlačnost nasprotnih nabojev in minimalizira odboj enakih nabojev. Predvidevajmo, da so edini elektroni, pomembni za obliko molekule, tisti najbolj oddaljeni od vsakega atoma. In predvidevajmo, da so oblaki elektronov med atomi, z drugimi besedami, molekulske vezi, oblikovani kot nekakšne klobase. Zapomnite si, da je jedro pozitivno nabito in elektroni so negativno nabiti, in če bi vsa jedra v molekuli združili v en kup ali, če bi se vsi elektroni združili v en kup, bi se samo odbijali med seboj in odleteli stran in to nikomur ne pomaga. Leta 1776, je Alessandro Volta, desetletja preden je dejansko iznašel baterijo, odkril metan. Kemična formula metana je CH4. Ta formula nam pove, da je vsaka molekula metana narejena iz enega ogljika in štirih atomov vodika, ampak nam ne pove, kaj povezano s čim, ali kako so atomi urejeni v 3D prostoru. Iz njihovih elektronskih konfiguracij, vemo, da se ogljik lahko veže z do štirimi drugimi atomi in da se vsak vodik lahko veže samo z enim atomom. Tako, lahko ugibamo, da je ogljik osrednji atom, povezan z vsemi štirimi vodiki. Vsaka vez predstavlja delitev dveh elektronov in vsak par deljenih elektronov narišemo kot črto. Sedaj imamo ploščato predstavitev te molekule, a kako bi izgledala v treh dimenzijah? Lahko rečemo, da ker je vsaka od teh vezi območje negativnega električnega naboja, in enaki naboji se med seboj odbijajo, bi najboljša konfiguracija atomov imela največjo razdaljo med vezmi. In da so vse vezi kolikor se da daleč druga od druge, je najboljša oblika taka. Imenuje se tetrahedron. Glede na različne elektrone lahko dobimo veliko različnih oblik. Amonijak, oziroma NH3, ima obliko piramide. Ogljikov dioksid, ali CO2, je ravna črta. Voda, H2O, je upognjena, kot je upognjen komolec. In klorov trifluorid, ali ClF3, ima obliko črke T. Zapomnite si, da smo tu razširili naš model atomov in elektronov, da smo naredili 3D oblike. Z eksperimenti bi videli, če so res take oblike, kot smo predvidevali. Kvarnik: Večina jih je, ampak nekatere pa ne. Oblike so bolj zapletene, ko povečamo število atomov. Vsi naši primeri so imeli en očiten osrednji elektron, ampak večina molekul od relativno majhnih farmacevtikov vse do dolgih polimerov, kot je DNA ali proteini, pa ga nima. Ključna stvar je, da se bodo vezani atomi uredili tako, da bo privlačnost med nasprotnimi naboji največja in odboj med enakimi naboji najmanjši. Nekatere molekule imajo dva ali več stabilnih ureditev atomov, in lahko dobimo res kul kemične reakcije pri preklapljanju med temi konfiguracijami, celo ko se kompozicija te molekule, to je število in vrsta njenih atomov, sploh ne spremeni.