¿Qué es una molécula?

[Explicación] 1. El número en una fracción escrito en la línea de puntuación.

2. La partícula más pequeña de una sustancia que puede mantener todas las propiedades químicas de la sustancia original y existir de forma independiente. Las moléculas están formadas por átomos. En los cambios químicos, las moléculas se pueden subdividir pero los átomos no.

Las moléculas son las partículas más pequeñas que existen de forma independiente y mantienen las propiedades químicas de la materia.

Las moléculas tienen un cierto tamaño y masa; hay una cierta distancia entre las moléculas se mueven constantemente; hay una cierta fuerza entre las moléculas pueden formar sustancias y las moléculas se pueden dividir en más moléculas; Cambios químicos. Pequeñas partículas: átomos.

Una misma molécula tiene las mismas propiedades, pero diferentes moléculas tienen propiedades diferentes. La molécula más pequeña es un isótopo de la molécula de hidrógeno, que es una molécula de hidrógeno sin neutrones y tiene una masa de 1. La masa molecular relativa de las macromoléculas puede llegar a varios millones. Las moléculas con una masa molecular relativa de más de unos pocos miles se denominan polímeros. Las moléculas son las pequeñas unidades que forman la materia. Son las partículas más pequeñas que pueden existir de forma independiente y conservar todas las propiedades químicas originales de la materia. Las moléculas generalmente están formadas por partículas más pequeñas llamadas átomos. Según el número de átomos que componen la molécula, ésta se puede dividir en moléculas monoatómicas, moléculas diatómicas y moléculas poliatómicas. Según su estructura eléctrica, se pueden dividir en moléculas polares y moléculas apolares. Las moléculas de diferentes sustancias tienen diferentes microestructuras y formas. El modelo ideal de molécula es considerarla como una esfera con un diámetro de 10-10 my un peso molecular de aproximadamente 10-26 kg.

Molécula

La unidad más pequeña de una sustancia que puede existir de forma independiente, ser relativamente estable y mantener las propiedades físicas y químicas de la sustancia. Las moléculas están compuestas de átomos, y los átomos se combinan en moléculas en un cierto orden y disposición mediante ciertas fuerzas. Tomando como ejemplo las moléculas de agua, el agua se divide continuamente hasta que no se rompen las características del agua mala. En este momento, la unidad más pequeña es una molécula de agua compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Su fórmula química se escribe como H2O. Las moléculas de agua se pueden subdividir en dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno mediante electrólisis u otros métodos, pero sus propiedades son completamente diferentes a las del agua. Algunas moléculas están compuestas por un solo átomo, llamadas moléculas monoatómicas, como el helio y el argón, que son a la vez átomos y moléculas. Las moléculas compuestas por dos átomos se llaman moléculas diatómicas, como las moléculas de oxígeno (O2), que están compuestas por dos átomos de oxígeno y son homonucleares; las moléculas diatómicas de monóxido de carbono (CO) están compuestas por un átomo de oxígeno y un átomo de carbono y son heteronucleares; moléculas diatómicas. Las moléculas compuestas por más de dos átomos se denominan colectivamente moléculas poliatómicas. El número de átomos en una molécula puede ser unos pocos, diez, docenas o incluso miles. Por ejemplo, una molécula de dióxido de carbono (CO2) consta de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Una molécula de benceno contiene seis átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno (C6H6), y una molécula de insulina de cerdo contiene cientos de átomos, con la fórmula molecular C255H380O78N65S6.

Partícula más pequeña de una sustancia que puede existir de forma independiente y mantener su composición y todas sus características químicas. Las moléculas están formadas por átomos unidos por enlaces químicos. Las fuerzas entre los átomos son relativamente fuertes, pero las fuerzas entre las moléculas son bastante débiles. Esta fuerza se llama fuerza de van der Waals, por lo que las moléculas se comportan como partículas independientes.

Las moléculas pueden estar compuestas por el mismo tipo de átomos o por diferentes tipos de átomos. Las moléculas más simples contienen un solo átomo, como las de los gases nobles. La mayoría de las moléculas no metálicas son moléculas diatómicas, como el nitrógeno y el oxígeno. Los compuestos son moléculas formadas por diferentes elementos, en mayor número.

El primer químico que propuso un concepto más preciso de moléculas fue el italiano A. Avogadro. Publicó su teoría molecular en 1811 y creía que: “Los átomos son la partícula más pequeña que participa en una reacción química, al mismo tiempo. una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia o compuesto simple que puede existir independientemente en estado libre. Una molécula está compuesta por átomos del mismo elemento y una molécula compuesta está compuesta por átomos de diferentes elementos. los diversos átomos en las moléculas de diferentes sustancias se recombinan."

Durante mucho tiempo desde que Avogadro propuso el concepto de moléculas, los químicos han considerado las moléculas como ligeramente más pequeñas que los átomos. Partículas grandes. En 1920, el químico alemán H. Staudinger comenzó a dudar de la idea de que las pequeñas moléculas dominaran el mundo.

Su base es que el peso molecular del caucho medido mediante el método de presión osmótica puede llegar a 65438 millones. En su artículo propuso el concepto de macromoléculas y señaló que el caucho natural no es una combinación de moléculas pequeñas, sino macromoléculas de cadena larga con una estructura de enlace de valencia. Los polímeros también tienen sus propias características. Por ejemplo, a diferencia de las moléculas pequeñas, los polímeros no tienen un peso molecular definido y constante, sino que utilizan un peso molecular medio.

Con el desarrollo del concepto de moléculas, la comprensión de los químicos sobre las moléculas inorgánicas se ha ido profundizando gradualmente. Por ejemplo, el cloruro de sodio es una estructura infinita en la que los iones de sodio y cloruro están conectados entre sí mediante enlaces iónicos. Es difícil precisar exactamente cuántos iones de sodio y cloruro contiene en sus moléculas, o determinar su peso molecular. Esta estructura también incluye moléculas como el diamante, el grafito, el amianto y la mica.

Después de la aparición de métodos para estudiar moléculas de vida corta, como la espectroscopia de picosegundos, se midió que la vida útil del grupo metilo (CH3) era de 10 a 13 segundos. pero también muy activo debido al enlace de valencia del grupo metilo. Es insaturado y tiene un número impar de electrones. También hay partículas como ch, CN y HO, que en conjunto se denominan radicales libres. Tienen sólo un cierto grado de estabilidad y son propensos a reacciones químicas. Esto demuestra que los radicales libres también tienen características moleculares, por lo que se clasifican como moléculas. También hay una molécula que es inestable en el estado fundamental pero estable en el estado excitado. Estas moléculas se denominan excímeros.

La ciencia que estudia diversos fenómenos naturales a nivel molecular se llama ciencia molecular. Como zoología, genética, botánica, fisiología, etc. Se dominan las propiedades y estructuras de diferentes tipos de moléculas en diversas formas y se diseñan moléculas con propiedades determinadas a partir de las propiedades y estructuras de las moléculas. Este es el llamado diseño molecular.

Movimiento Molecular

Las moléculas pueden existir en estado gaseoso, líquido o sólido.

Además del movimiento de traslación, también existen rotaciones moleculares y diversos tipos de vibraciones de los átomos en las moléculas. La amplitud de la vibración interna y la rotación de las moléculas es mucho menor que la amplitud de la traslación y la rotación de las moléculas en gases y líquidos. Este movimiento interno de las moléculas no destruye las propiedades inherentes de las moléculas. En términos generales, la estructura de una molécula es la que sería si estos átomos estuvieran en una posición de equilibrio. El movimiento interno de las moléculas determina las propiedades de los espectros moleculares, por lo que podemos utilizar los espectros moleculares para estudiar el movimiento interno de las moléculas.

En moléculas con la misma estructura y conformación molecular, si los átomos se disponen en diferentes órdenes y formas, se pueden formar diferentes moléculas. Por ejemplo, las moléculas de C2H6O se pueden organizar en moléculas de etanol o moléculas de dimetiléter. La fórmula estructural se muestra en la Figura 2, que refleja el orden de los átomos en la molécula. Los componentes que forman una molécula son iguales pero están dispuestos en diferente orden para formar dos o más moléculas. Este fenómeno se llama isomería, y estas moléculas con los mismos ingredientes pero diferentes estructuras se llaman isómeros.

Generalmente, la fórmula estructural de una molécula solo refleja el orden de conexión de los átomos en la molécula. Los valores de la longitud del enlace y el ángulo del enlace que determinan la forma de la molécula deben determinarse mediante experimentos. Al reflejar el orden y la distribución de los átomos de una molécula en el espacio, se le llama configuración molecular. La longitud y el ángulo de enlace de los enlaces químicos entre átomos de una molécula se denominan parámetros de configuración tridimensional.

Para algunas moléculas, cuando se determina su configuración, también se determina la forma y el tamaño de la molécula, como las moléculas de agua, las moléculas de metano, las moléculas de benceno, etc. Bajo ciertas condiciones de configuración, la forma de algunas moléculas cambiará con las posiciones relativas de los átomos. Por ejemplo, la molécula de etano (C2H6) puede tener dos formas diferentes con el mismo orden de conexión y la misma longitud de enlace, así como los datos del ángulo de enlace del espectro de rotación puro de la molécula diatómica: cruce (A en la Figura 3) y superposición. (B) en la Figura 3. Esta situación se llama conformación molecular. Las moléculas en diferentes conformaciones tienen diferentes energías y simetrías. Para la molécula de etano, la conformación cruzada es relativamente estable a temperatura ambiente.

Constantes moleculares

Bajo determinadas condiciones, la forma, el tamaño, la estructura y las propiedades de las moléculas son ciertas.

Al estudiar los datos experimentales de las propiedades mecánicas, propiedades térmicas, propiedades eléctricas y espectros moleculares de las moléculas, podemos obtener la velocidad de movimiento promedio, la frecuencia de colisión y el diámetro molecular (calculado como el diámetro de una esfera). , potencial de ionización (es decir, la diferencia de energía entre el estado de energía más bajo de las moléculas neutras y el estado de energía más bajo de los iones), energía de disociación (es decir, la diferencia de energía entre el estado de energía más bajo de las moléculas y el estado fundamental de los átomos) , distancia internuclear (es decir, longitud del enlace), constante de fuerza de vibración molecular, momento dipolar, etc.

Estos datos se denominan colectivamente constantes moleculares, que son datos importantes para describir la estructura y las propiedades físicas de las moléculas. Consulte el espectro de espín puro de moléculas diatómicas para conocer valores específicos.

Masa molecular Los átomos se combinan formando moléculas mediante enlaces químicos, y las moléculas tienen una masa definida. La relación entre la masa molecular y el peso atómico de 1/12 de 12C se llama peso molecular. El elemento carbono habitual está compuesto por 12C, 13C y 14C, por lo que el peso atómico del carbono es 12,438 01. El peso atómico del hidrógeno es 1,088, el peso atómico del oxígeno es 15,999 y el peso molecular del etanol (C2H6O) es 2×12,011 6×1,088 1×. 0,012 kg de 12C contienen 6,022 52×1023 átomos, lo que se denomina 1 mol (o 1 gramo de átomos); de manera similar, 46,069 gramos de etanol contienen la misma cantidad de moléculas de etanol, lo que se denomina 1 mol (o 1 mol) de etanol; .

Las moléculas con un peso molecular superior a 10.000 se suelen denominar polímeros, aunque esta limitación no es absoluta. Cuando el peso molecular alcanza un cierto nivel, la molécula tendrá algunas propiedades únicas. Los polímeros son muy importantes en la industria y la bioquímica, como plásticos, caucho, pinturas, madera, proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, etc.

El peso molecular de una molécula se puede determinar experimentalmente. Existen muchos métodos para determinar el peso molecular, entre los cuales la espectrometría de masas es el más superior. La precisión de la espectrometría de masas moderna de alta resolución puede ser superior a una diezmilésima parte de la masa. Otros, como el método del estado del gas, pueden medir el peso molecular de las moléculas de gas, el método de difracción de rayos X puede medir el peso molecular de los cristales y el método de presión osmótica de la solución se utiliza principalmente para medir el peso molecular de los polímeros.

Vida útil molecular

Bajo la influencia de la luz, el calor, la electricidad y otras formas de energía, las moléculas en el estado fundamental pueden cambiar su estructura y formar moléculas excitadas (o excitadas). Las moléculas excitadas suelen existir durante un período breve. Algunas moléculas tienen una vida útil de sólo microsegundos o menos, por lo que también se denominan excímeros. La vida útil, la estructura y otras constantes moleculares de algunas moléculas exciplex se estudiaron mediante fotólisis flash y espectroscopia molecular.

Del estudio de la radioastronomía y la espectroscopia molecular, sabemos que existen muchas moléculas entre las estrellas, como OH, CN, SiO, CS, HCN, SO, ch, N2H, NS, HCO, etc. . Estas moléculas son extremadamente inestables en la Tierra, pero pueden existir de manera estable en el espacio interestelar, porque están junto con moléculas extremadamente delgadas en el cielo y pueden existir durante mucho tiempo sin ser perturbadas por otras moléculas.

Suplemento

Una molécula es la partícula más pequeña que existe de forma independiente y mantiene las propiedades químicas de la materia.

Las moléculas tienen un cierto tamaño y masa; hay una cierta distancia entre las moléculas; las moléculas se mueven constantemente;

Una misma molécula tiene las mismas propiedades, pero diferentes moléculas tienen propiedades diferentes. La molécula más pequeña es el hidrógeno, con una masa molecular relativa de 2. La masa molecular relativa de las macromoléculas puede llegar a varios millones. Las moléculas con una masa molecular relativa de más de unos pocos miles se denominan polímeros.

Un punto más

Una gota de agua está compuesta por 10000000000000 (210) moléculas, que son invisibles al microscopio óptico.

La distancia entre moléculas en los sólidos es pequeña, la distancia entre las moléculas en los líquidos es mayor que la distancia entre las moléculas en los sólidos y la distancia entre las moléculas en los gases es la mayor.

Una molécula es la partícula más pequeña que puede existir por sí sola y mantener las propiedades químicas de una sustancia pura.

Una molécula está formada por múltiples átomos conectados por * * * electrones en enlaces de valencia. Puede estar compuesto por átomos del mismo elemento químico, como el oxígeno O2, o puede ser un elemento diferente, como la molécula de agua H2O. En términos abstractos, un solo átomo también se puede considerar como una molécula (molécula monoátomo), pero en la práctica, "molécula" generalmente se refiere a un compuesto con múltiples átomos.

El número de átomos que hay en una molécula de un elemento se llama número atómico de ese elemento.

Entre los elementos gaseosos, el número atómico del hidrógeno (H2), el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), el flúor (F2) y el cloro (Cl2) es 2. Los gases nobles (como el argón ar) son 1. Entre los elementos sólidos, el fósforo amarillo (P4) tiene un número atómico de 4 y el azufre (S8) tiene un número atómico de 8.

Por tanto, el argón (Ar) es monoatómico, el oxígeno (O2) es diatómico y el ozono (O3) es triatómico.

Las sustancias compuestas por moléculas se denominan compuestos moleculares.

La mayoría de las moléculas son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista, pero hay excepciones, como el ADN, un compuesto polimérico.

Ecuaciones Químicas

Una característica de las moléculas es que las proporciones de los elementos que forman un compuesto son siempre números enteros. Por ejemplo, la proporción de hidrógeno a oxígeno en el agua pura es siempre de 2:1, y el carbono, el hidrógeno y el oxígeno en el etanol siempre se combinan en una proporción de 2:6:1. Se pueden formar fórmulas experimentales para moléculas utilizando las proporciones y los símbolos químicos de varios elementos. Sin embargo, es imposible determinar el tipo de molécula basándose únicamente en fórmulas experimentales; por ejemplo, las fórmulas experimentales de etileno y propileno son las mismas (ambos CH2), aunque la cantidad o masa de las dos moléculas son diferentes.

Fórmula Química

Para reflejar el número real de átomos en una molécula, debemos utilizar una fórmula química. Por ejemplo, las fórmulas químicas del etileno y el propileno son C2H4 y C3H6 respectivamente.

Sin embargo, una misma fórmula química no significa que dos moléculas sean la misma sustancia, porque la disposición y combinación de los átomos en la molécula, es decir, la estructura de la molécula, es también el elemento que determina las propiedades de la molécula. Las moléculas que tienen los mismos átomos pero en diferente disposición se llaman isómeros. Los isómeros tienen la misma fórmula química pero diferentes propiedades debido a diferentes estructuras. Los estereoisómeros son isómeros especiales que pueden tener propiedades físicas y químicas muy similares pero al mismo tiempo propiedades bioquímicas muy diferentes.

Mediante cálculos basados ​​en las leyes de la mecánica cuántica, las moléculas tienen una geometría de equilibrio fija: las longitudes de sus enlaces y los ángulos entre ellos. Las sustancias puras están compuestas de moléculas con la misma estructura geométrica. La fórmula química y la estructura de una molécula son dos factores que determinan sus propiedades, especialmente su actividad química.