Из чего все состоит

И обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать одну молекулу от других, в том числе от молекул того же состава. Молекула, как система, состоящая из взаимодействующих и ядер, может находиться в различных состояниях и переходить из одного состояния в другое вынужденно (под влиянием внешних воздействий) или самопроизвольно. Для всех молекул данного вида характерна некоторая совокупность состояний, которая может служить для молекул. Как самостоятельное образование молекула обладает в каждом состоянии определенным набором физических свойств, эти свойства в той или иной степени сохраняются при переходе от молекул к состоящему из них веществу и определяют свойства этого вещества. При химических превращениях молекула одного вещества обмениваются атомами с молекулами другого вещества, распадаются на молекулы с меньшим числом атомов, а также вступают в химические реакции других типов. Поэтому изучает вещества и их превращения в неразрывной связи со строением и состоянием молекул

Обычно молекулой называют электрически нейтральную частицу; если молекула несет электрический заряд (положительный или отрицательный), то говорят о молекулярных (катионах или соответственно). В веществе положительные ионы всегда сосуществуют вместе с отрицательными. Молекулы, находящиеся в состояниях с мультиплетностью, отличной от единицы (как правило, в дублетных состояниях), называют радикалами. Свободные радикалы в обычных условиях, как правило, не могут существовать длительное время. Известны, однако, свободные радикалы сравнительно сложного строения, которые являются достаточно стабильными и могут существовать при обычных условиях.

По числу входящих в молекулу различают молекулы двухатомные, трехатомные и т.д. Если число в молекуле превосходит сотни и тысячи, молекула называется . Сумма масс всех атомов, входящих в состав молекулы, рассматривается как (смотри также . Молекулярно-массовое распределение). По величине молекулярной массы все вещества условно делят на низко- и высокомолекулярные.

Классическая теория химического строения рассматривает молекулу как стабильную наименьшую (по массе и размерам) частицу вещества, определяющую его основные свойства. Эта частица образована из химически связанных друг с другом (одинаковых или разных). Понятие атома в молекуле при этом не детализируется; он, вообще говоря, отличается от изолированного атома, так что говорят об эффективном атоме, поведение и свойства которого различны в разных молекулах.

Из всех возможных взаимодействий в молекуле выделяют главные взаимодействия, или химические связи, которые обеспечивают стабильное существование молекулы и сохранение ею своих основных характеристик в достаточно широкой области изменения внешних условий. Все прочие (неглавные) взаимодействия между атомами в молекуле не определяют ее существования как целого, хотя и влияют, подчас значительно, на те или иные свойства. О неглавных взаимодействиях говорят как о взаимном влиянии непосредственно не связанных атомов, или . Энергетически главные взаимодействия в данной молекуле, как правило, более значительны, чем неглавные. Вопрос о том, является ли взаимодействия выделенной в молекуле главным или неглавным, решается на основании анализа многих физических и физико-химических молекулярных свойств вещества, образованного из этих молекул.

На структурных формулах молекулы главные взаимодействия обычно изображают черточками (валентными штрихами), соединяющими символы элементов рассматриваемой атомов. Если между парой возможно проявление различных главных взаимодействий, их соединяют одна, две черточки и т.д. (одинарные, двойные химические связи). Иногда используют и более сложные обозначения, например пунктирные линии, окружности, полуокружности и т.п. Классическая теория допускает наличие главных взаимодействий не только для пар атомов, но и для больших их совокупностей, например троек и четверок атомов. В этих случаях обычно вводится представление о трехцентровых и четырехцентровых химических связях. Например, в (боранах) выделяют трехцентровые связи, осуществляемые с участием мостиковых водорода.

В структурных формулах молекула символы химических связей должны образовывать неразрывную цепь, т.к. иначе формула не будет отражать то единое целое, каким является молекула Кроме того, структурная формула молекула отражает и тот факт, что атомы различных элементов проявляют определенную . число валентных штрихов у каждого из связано лишь с тем валентным состоянием, в котором находится рассматриваемый (эффективный) атом в молекула

На основании структурных формул не только идентифицируется каждая молекула, но и выражаются множественными корреляции между свойствами молекулы и образованного из них вещества. Так, последовательность химических связей в структурной формуле позволяет различать структурные изомеры - молекулы с одним и тем же атомным составом, но разной последовательностью атомов. Различия в пространственном расположении молекулы при одной и той же последовательности химических связей позволяют идентифицировать стереоизомеры. Среди стереоизомеров выделяют поворотные изомеры, оптические изомеры и другие (смотри . Конформационный анализ). Фиксирированные группировки атомов, проявляющие четко выраженные, специфические для каждой из них свойства, называются функциональными группами. На использовании структурных формул и соответствующих им моделей молекула основаны конформационный анализ, структурная . а также ряд теорий, объясняющих реакционную способность сложных молекул

Изображение молекула структурными формулами, указывающими не только входящие в состав молекула атомы, но и последовательность главных взаимодействий и их различие для отдельных пар (в одной и той же или в разных молекулах), как всякое графическое представление реального объекта, носит в определенной степени условный характер. К тому же структурная формула для одной и той же молекулы подчас и неоднозначна, что особенно заметно для комплексных соединений с координационными химическими связями либо сложных органических молекула с сопряженными связями.

Молекулы различаются характером, а также генезисом образующихся между атомами химических связей. Так, полярная связь между атомами В и N может быть обычной . как в молекула BN, а может быть результатом донорно-акцепторного взаимодействия, как в молекулярном комплексе BH 3 . NH 3 .

Классическая теория химического строения, однако, не рассматривает природу взаимодействия между атомами в молекуле. Предполагается лишь, что молекула в целом есть динамическая система, которая может совершать поступательные и вращательные движения, а также и колебания; обычно это малые колебания как системы материальных точек около некоторого положения равновесия, соответствующего минимуму энергии свободной молекулы. Дополнение классической теории некоторыми упрощенными представлениями об электронной структуре молекулы привело к созданию электронных теорий строения, согласно которым химическая связь между двумя атомами осуществляется парой (дублетом), входящих в определенную систему каждого из связанных атомов, или несколькими такими парами. Особенно широко распространены электронные теории в органической химии; на них основаны, в частности, различные корреляционные соотношения, а также классификация молекул на нуклеофилы, электрофилы и т. п. Современные электронные теории включают и некоторые представления квантовой химии, например понятие о молекулярных орбиталях.

Квантовомеханическая теория представляет молекула как систему, состоящую из и и находящуюся в определенном квантовом состоянии, из которого молекула может перейти в другое квантовое состояние. Каждое состояние и его изменение во времени (эволюция) определяется либо волновой функцией, которую находят как решение уравнения Шрёдингера (стационарного или временного), либо матрицей плотности, удовлетворяющей квантовому уравнению Лиувилля. Для изолированных молекула уравнение Шрёдингера решается обычно в такой системе координат, начало которой находится в центре масс (молекулы или системы атомных ядер). Это позволяет отделить поступательное движение молекулы от всех других видов движений. Для стационарного состояния изолированной молекула волновая функция либо существенно локализована в некоторой конечной области пространства и описывает связанное (связное, стабильное) состояние системы атомных ядер, либо такой локализацией не обладает, описывая отталкивательное (несвязанное) состояние системы. В отталкивательном состоянии молекула как таковой фактически нет, а есть ее фрагменты, взаимодействующие друг с другом, на которые молекула, будучи переведенной в такое состояние, распадается. Возможны и нестационарные состояния молекулы, которые, однако, меняются во времени настолько медленно, что молекула может находиться в этих состояниях достаточно длительно (в сравнении с характеристическим временем эксперимента или временем наблюдения за системой). Подобные состояния молекула обычно наз. метастабильными (или квазисвязанными).

Для изолированной молекулы направления осей системы координат, начало которой находится в центре масс, выбираются так, чтобы по возможности полнее исключить из рассмотрения вращение молекулы как целого (например, оси координат могут быть направлены по главным осям эллипсоида инерции молекула или связаны с какой-либо выделенной конфигурацией ядер). Согласно адиабатическому приближению, для каждой фиксированной конфигурации можно определить электронное состояние и соответствующие ему электронную волновую функцию и собственное значение электронного гамильтониана - электронную энергию. Электронная энергия Е e зависит от набора переменных R, определяющих конфигурацию ядер. Она включает потенциал межъядерного отталкивания и изображается графически поверхностью потенциальной энергии Е е = Е е {R } (или просто потенциальное поверхностью) молекулы в данном электронном состоянии. В частности, для двухатомных молекула электронная энергия изображается потенциальной кривой Е e = E e (R), где R -расстояние между ядрами атомов.

Потенциальная поверхность наглядно представляет тот потенциал, в котором движутся ядра рассматриваемой молекулы; решениями уравнения Шрёдингера с этим потенциалом являются колебательные волновые функции, квадрат модуля которых определяет плотность вероятности обнаружить у данной молекула ту или иную ядерную конфигурацию. Потенциальная поверхность для молекулы, находящейся в связанном электронном состоянии, может быть достаточно простой, например, иметь один минимум, отвечающий так называемой равновесной геометрической конфигурации ядер. При увеличении межъядерных расстояний потенциальная энергия молекулы увеличивается до определенного предельного значения, при котором молекула диссоциирует на два (или большее число) молекулярных фрагмента (например, атомов). Для многоатомных молекул потенциальные поверхности обычно имеют более сложный вид с несколькими локальными минимумами, разделенными потенциальными барьерами, а также с точками перевала, различными долинами, складками и т. п. К тому же потенциальные поверхности для различных электронных состояний молекулы могут достаточно близко подходить друг к другу, пересекаться, совпадать в отдельных точках. В таких областях подчас невозможно использовать адиабатическое приближение и наглядная картина изменения состояний молекула как движений по потенциальной поверхности утрачивается. Если колебательная волновая функция, характеризующая плотность распределения ядер, локализована вблизи какого-либо минимума на потенциальной поверхности, причем по энергии этот минимум лежит ниже диссоциации пределов для данной молекулы, то можно говорить о наличии у молекулы в рассматриваемом электронно-колебательном состоянии структурного изомера с равновесной конфигурацией, отвечающей минимуму потенциальной энергии. Разным минимумам, если они не переводятся обычными операциями симметрии друг в друга, соответствуют разные структурные изомеры, причем большая или меньшая легкость перевода одного изомера в другой определяется потенциальными барьерами, которые разделяют эти минимумы. Так, н -бутан и изобутан в основном электронном состоянии, с точки зрения квантовомеханической теории, суть одна и та же молекула С 4 Н 10 , на потенциальной поверхности которой имеются по крайней мере два минимума: один - абсолютный минимум, которому отвечает равновесная конфигурация изо-бутана, и второй - локальный минимум, которому отвечает равновесная конфигурация н -бутана. Вероятность спонтанного перехода из потенциальной ямы вблизи одного минимума в потенциальную яму вблизи другого минимума для низших колебательных состояний очень мала, что и определяет раздельное существование молекул н -бутана и изобутана.

В других случаях на потенциальной поверхности имеются минимумы, разделенные сравнительно невысокими барьерами (от нескольких десятых до нескольких кДж/моль), либо пологие долины или желоба, при движении вдоль которых энергия молекула меняется примерно в тех же пределах. Так, у NaAlF 4 имеется четыре эквивалентных минимума, разделенных невысокими барьерами. Минимумы отвечают симметричной координации Na у каждой из четырех граней тетраэдра AlF 4 (тридентантная координация); каждый из барьеров отвечает геометрическая конфигурации ядер с координацией Na у ребра тетраэдра AlF 4 (бидентантная координация). Атом Na может относительно свободно перемещаться вокруг тетраэдрического остова. Подобные молекула получили название политопические молекула, или молекулы с распределенным характером связи. У KCN атом К может относительно свободно перемещаться по желобу потенциальной поверхности вокруг остова CN, так что в одних колебательных состояниях эта молекула имеет наиболее вероятную конфигурацию, близкую к треугольной, в других - к линейной KNC, в третьих - к линейной KCN. молекула такого типа, как и молекула с распределенным характером связи, относятся к нежестким молекулам.

Полная волновая функция молекула в определенном квантовом состоянии при использовании адиабатического приближения представляет собой произведение электронной волновой функции на колебательную волновую функцию. Если учесть и то, что молекула в целом вращается, в произведение войдет еще один сомножитель - вращательная волновая функция. Знание электронной, колебательной и вращательной волновых функций позволяет вычислить для каждого квантового состояния молекула физически наблюдаемые средние величины: средние положения ядер, а также средние межъядерные расстояния и средние углы между направлениями от данного ядра к другим ядрам, в том числе к ближайшим (валентные углы); средние электрические и магнитные дипольные и квадрупольные моменты, средние смещения электронного заряда при переходе от системы разделенных к молекуле и другие Волновые функции и энергии различных состояний молекулы используют и для нахождения величин, связанных с переходами из одного квантового состояния в другое: частот переходов, вероятностей переходов, силы осцилляторов, силы линий и т. п..

Если в систему ядер, образующих молекулу, входят тождественные, то среди всех конфигураций ядер будут и такие, которые обладают определенной пространственной симметрией. Потенциальные поверхности молекулы симметричны относительно операций симметрии, которые отвечают таким конфигурация молекулы. По этой причине симметричные конфигурации ядер всегда отвечают экстремальным точкам на потенциальных поверхностях (минимумам, максимумам, точкам перегиба). Если равновесная конфигурация молекулы не обладает самой высокой симметрией, возможной для данной системы ядер, или вовсе несимметрична, то должна быть и эквивалентная ей равновесная конфигурация, получающаяся из исходной теми операциями симметрии, которые допускают симметричные ядерные конфигурации данной молекула.

Квантовая теория дает более богатую и полную картину молекула в ее различных состояниях по сравнению с классической теорией химическая строения. Она позволяет прежде всего провести классификацию химическая связей в молекула на основе того или иного характера распределения электронной плотности (ковалентные связи отвечают примерно симметричному распределению электронной плотности валентных между атомами, образующими такие связи; ионные связи отвечают сильному смещению этой плотности к одному из атомов), либо исходя из представлений о происхождении той или иной связи (напр., донорно-акцепторная связь), либо по другим признакам (например, молекула с сопряженными связями или молекула с распределенным характером связи). Квантовая теория позволяет также учесть изменения состояний, которые возникают при переходе от отдельной изолированной молекулы к веществу, состоящему из множества взаимодействующих друг с другом молекул при заданных внешних условиях. И хотя строгие исходные положения квантовой теории требуют, чтобы рассмотрение, например, двух взаимодействующих молекул (N 2 + N 2 , N 2 + Н 2 О и т.п.) велось для единой системы, включающей все ядра и электроны этих двух молекул одновременно (в силу требований перестановочной симметрии для электронов, подсистем тождественных ядер и др.), все же методы квантовой теории позволяют во многих случаях сохранять представления об отдельных молекулах, возмущенных взаимным влиянием, но сохраняющих в значительной степени свою индивидуальность.

Таковы, в частности, представления о молекулах (преимущественно с ковалентными связями), сохраняющих при переходе в конденсированную фазу в значительной степени равновесные межъядерные расстояния и валентные углы, основные частоты колебаний и др. Подобные конденсированные фазы обычно называют молекулярными жидкостями или молекулярными кристаллами. С другой стороны, у молекул с ионными связями индивидуальность подчас не сохраняется и весь кристалл или жидкость представляет собой своего рода единую молекулу. Как правило, сохраняют свои основные характерные особенности и молекулы в адсорбированном состоянии, а также в клатратах.

Отдельные молекулы в системе приобретают смысл эффективных структурных фрагментов, аналогично эффективным атомам в молекуле в рамках классической теории. В целом модель молекулы или системы взаимодействующих молекул в квантовой теории по возможности строится обычно таким образом, чтобы сохранить наглядные представления классической теории.

Строение и свойства молекула. Классические и квантовомеханические теоретические представления о молекуле подтверждаются и уточняются обширным экспериментальным материалом об их свойствах и связи этих свойств со строение молекулы. Понятие строения молекулы включает при этом два аспекта: геометрическое строение равновесной ядерной конфигурации в рассматриваемом состоянии (либо ядерной конфигурации, усредненной по колебательному движению) и электронное строение, характеризуемое прежде всего распределением электронной плотности при различных геометрических конфигурациях ядер, изменением этого распределения при переходе от одной области ядерных конфигураций к другой, а также распределением других физических величин (например, двухэлектронной плотности). Характеристиками геометрического строения молекулы являются: длины связей (межъядерные расстояния для атомов, соединенных химическая связями), валентные углы (углы между направлениями от данного ядра к ядрам двух соседних атомов, соединенных с рассматриваемым химическая связью), торсионные, или диэдральные (двугранные углы между двумя плоскостями, проходящими через какие-либо выделенные тройки ядер). Как правило, геометрический аспект включает информацию о валентности входящих в молекулу атомов, последовательности и кратности химических связей между ними, возможных конформационных изомерах и т.д. На основе классической теории такое представление о структуре молекулы позволяет классифицировать близкие по строению структурные фрагменты по типам, проводить корреляцию свойств молекул с числами имеющихся в них структурных фрагментов определенных типов и сопоставлять свойства молекул, построенных из однотипных наборов структурных фрагментов. Наглядно при таком подходе молекулу в каждом состоянии можно изобразить либо системой (колеблющихся) материальных точек, либо в общем случае системой перекрывающихся сфер, радиусы которых задаются по определенным правилам.

Знание распределения электронной плотности дает возможность вычислить многие свойства при фиксированных ядерных конфигурациях для каждого состояния, например электрические свойства (дипольный момент, квадрупольный момент, поляризуемость), диа- и парамагнитные составляющие магнитной восприимчивости и т.п.

Объединение обоих аспектов приводит к наиболее полному представлению о строении молекул и его изменении при переходе из одного состояния в другое, особенностях строения молекул отдельных классов и гомологических рядов и их поведении во внешних полях и при взаимодействии друг с другом.

Строение молекул изучают различными экспериментальными методами. Электронография, нейтронография и рентгеновский структурный анализ позволяют получать непосредственную информацию о структуре молекула Электронографии, метод, исследующий рассеяние на пучке молекул в газовой фазе, позволяет рассчитать параметры геометрической конфигурации для изолированных сравнительно простых молекул. Нейтронография и рентгеновский структурный анализ ограничены анализом структуры молекула либо отдельных упорядоченных фрагментов в конденсированной фазе. Рентгенографические исследования кроме указанных сведений дают возможность получить количественные данные о пространственном распределении электронной плотности в молекуле

Спектроскопические методы основаны на индивидуальности спектров химических соединений, которая обусловлена характерным для каждой молекулы набором состояний и отвечающих им энергетических уровней. Эти методы позволяют проводить качественный и количественный спектральный анализ веществ. Спектры поглощения или испускания в микроволновой области спектра позволяют изучать переходы между вращательными состояниями, определять моменты инерции молекулы, а на их основе - длины связей, валентные углы и другие геометрические параметры молекул. ИК спектроскопия исследует, как правило, переходы между колебательно-вращательными состояниями и широко используется для спектрально-аналитических целей, поскольку многие частоты колебаний определенных структурных фрагментов молекула являются характеристическими и слабо меняются при переходе от одной молекула к другой. В то же время ИК спектроскопия позволяет судить и о равновесной геометрической конфигурации (качественно - по соблюдению тех или иных правил отбора в спектре, количественно - на основе решения обратной колебательной задачи, по крайней мере для малоатомных молекул. Спектры молекул в оптическом и УФ диапазонах частот связаны главным образом с переходами между электронными состояниями. Результатом их исследований являются данные об особенностях потенциальных поверхностей для различных состояний и значения молекулярных постоянных, определяющих эти потенциальные поверхности, в частности энергии диссоциации, основные частоты колебаний, постоянные ангармоничности колебаний и т.п., а также времена жизни молекулы в возбужденных состояниях и вероятности переходов из одного состояния в другое.

О деталях электронного строения молекулы уникальную информацию дают фото- и рентгеноэлектронные спектры, а также оже-спектры, позволяющие оценить тип симметрии молекулярных орбиталей и особенности распределения электронной плотности, определяемые отдельными орбиталями, перераспределение электронной плотности при введении заместителей, изменение эффективных зарядов и т.п. Широкие возможности для изучения отдельных состояний молекула открыла лазерная спектроскопия (в различных диапазонах частот), отличающаяся исключительно высокой селективностью возбуждения. Импульсная лазерная спектроскопия позволяет анализировать строение короткоживущих молекул и их превращения в электромагнитном поле.

Разнообразную информацию о строении и свойствах молекул дает изучение их поведения во внешних электрических и магнитных полях. В электрическом поле претерпевает изменения прежде всего пространственное распределение электронной плотности, что приводит к появлению у молекулы дополнительного, индуцированного полем дипольного момента, величина и направление которого определяются поляризуемостью молекулы. В поле молекула ориентируются, у них снимается вырождение энергетических уровней. Измерения дипольного момента молекула, поляризуемости и анизотропии поляризуемости позволяют судить о распределении электронной плотности, наличии в молекуле системы сопряженных кратных связей, отдельных функциональных групп и характерных структурных фрагментов.

Измерения магнитной восприимчивости молекулы по ее отклику на внешнее магнитное поле дают важные сведения о диа- и парамагнетизме молекулы, а расщепление ее энергетических уровней в магнитном поле - о том, какими особенностями строения молекулы определяется ее магнитный момент и магнитная восприимчивость. Парамагнитные молекулы, обладающие постоянным магнитным моментом, который обусловлен наличием у этих молекула неспаренных электронов, исследуют методом ЭПР. молекула с магнитными моментами, обусловленными спином ядер и меняющимися в зависимости от экранирования этих ядер электронами, исследуют методом ЯМР. Спектры ЭПР дают сведения, например, о короткоживущих соединениях радикального типа, а спектры ЯМР-о взаимном расположении в молекуле и их ближайшем окружении, возможных перемещениях или групп (например, миграции заместителя вокруг ароматического кольца), изомерии и т.п.

Совокупность сведений о строении молекул, в частности оптических изомеров, которые зеркально симметричны друг по отношению к другу, дают методы, связанные с изучением изменения плоскости поляризации света при его прохождении через вещество, в том числе помещенное в электрическое или магнитное поле.

Помимо указанных методов, для изучения строения молекулы привлекают масс-спектрометрию и ряд других методов. По массам и зарядам осколочных ионов, которые возникают при действии на нейтральные молекула электронного удара, можно представить себе, какие и в каком количестве нейтральные молекулы были в исходной системе. Анализ изотерм адсорбции позволяет судить об изменении равновесной конфигурации ядер молекулы при ее фиксации на поверхности адсорбента (хроматоскопия). Полезные качественные заключения о строении молекул могут быть получены и на основе изучения специфики их поведения в химическая реакциях, в частности реакционной способности и селективности по отношению к характерному набору реагентов, а также особенностей динамики элементарного акта химическая реакции.

Одним из наиболее достоверных источников сведений о строении молекулы являются расчетные методы квантовой химии, которые по своей точности часто не уступают экспериментальным методам, а по разнообразию даваемой информации значительно их превосходят. Материальные затраты при этом не больше, чем при прецизионных экспериментальных подходах. Совместное использование расчетных и экспериментальных методов приводит к наиболее полной картине молекулы и к исчерпывающей совокупности данных для каждой молекулы

Современные методы позволяют получать параметры равновесной геометрической конфигурации ядер молекул, главным образом малoатомных, с высокой степенью точности. Обычно длины связей определяют с точностью 0,1-0,5 пм, валентные углы-1-2°, торсионные углы-до 5°; в отдельных случаях указанные величины уменьшаются на один-два порядка. При этом, однако, важно, что межъядерные расстояния (длины связей) при задании их с точностью 10 -2 -10 -3 пм имеют смысл лишь параметров модели, используемой при обработке экспериментальных (расчетных) данных. При переходе от одной модели к другой или от одной схемы обработки экспериментальных данных к другой (например, от одного адиабатического приближения к другому) эти величины в лучшем случае сохраняются в пределах нескольких сотых пм (нескольких десятых градуса для валентных углов). По этой причине сопоставление различных экспериментальных данных между собой и с расчетными значениями, а также формулировка тех или иных закономерностей о геометрической конфигурации молекул, как правило, могут быть правомерны только в указанных выше пределах.
М

В первый раз слово «молекула» большинство из нас услышали в школе на уроках природоведения. Это одно из основополагающих понятий современной химии, которое сделало возможным дальнейшее познание окружающей среды.

Что же такое молекула, из чего она состоит и зачем вообще нужно изучать молекулы?

Откуда взялось слово «молекула»?

Как и большинство химических терминов, слово «молекула» имеет в основе латынь. Оно образовано из двух слов: «мoles», имеющего значение массы, тяжести и «-cule» — уменьшительного суффикса. Дословное значение – маленькая масса.

В современной химии молекула – мельчайшая частица какого-либо вещества. Даже одна молекула любого вещества обладает всеми свойствами, которые характерны для этого вещества.

Если молекулу разделить на составные части, вещество, которое она составляла, уничтожится, распавшись на более простые элементы – атомы. На этой основе сформирован весь свод понятий, образующих современную химическую науку и практику.

Из чего состоит молекула?

Как здание состоит из кирпичиков, а любой механизм, сделанный человеком – из деталей, так и молекула состоит из простых «кирпичиков» — атомов химических элементов.



Некоторые молекулы состоят всего из одного атома – например, молекулы металлов. Но подавляющее большинство веществ, которые нас окружают, имеют гораздо более сложное молекулярное строение.

Строение любой молекулы можно записать в виде химической формулы, которая указывает, из атомов каких химических элементов состоит вещество и сколько атомов каждого вещества содержится в одной молекуле. Молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов элемента кислорода.

Всем известна формула воды: H2O, которая означает, что каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода. Еще одна известная буквально всем формула – С2Н5ОН, формула этилового спирта, которая показывает, что это вещество состоит из двух атомов углерода (С), шести атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О).

В процессе взаимодействия друг с другом вещества обмениваются химическими элементами, вступая в реакции. При этом образуются новые вещества, обладающие новыми свойствами, отличными от свойств исходных веществ.

Так, уголь (практически полностью состоящий из углерода), сгорая (взаимодействуя с кислородом, содержащимся в воздухе), образует углекислый газ – вещество, непригодное для дыхания, в отличие от кислорода.



Молекулы в обычном состоянии не несут электрического заряда и называются нейтральными. Те молекулы, которые получают положительный или отрицательный заряд, называются ионами, а процесс – ионизацией. Молекулы, атомы которых имеют неспаренные электроны, называются радикалами.

Чему равна масса молекулы?

Конечно, таких чувствительных весов, которые позволяли бы взвесить одну молекулу вещества, не существует в арсенале современной науки. Масса молекул и атомов вычисляется другими способами. Принято считать, что масса молекулы любого вещества равна сумме масс всех атомов, из которых состоит это вещество.

Но как узнать, сколько весит атом? Это можно узнать из Периодической таблицы элементов Менделеева, где указана масса каждого элемента. Правда, указана не в привычных нам килограммах, а в специальных единицах атомной массы.



Одна атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы атома углерода, что в численном выражении равно 1,660*10-27 кг.