Ce formă are o moleculă?
De fapt este mai mult goală.
Aproape toată masa este concentrată
în extrem de denşii nuclei ai atomilor săi.
Iar electronii săi,
care determină modul cum atomii
sunt legaţi unii cu alţii,
sunt mai mult nori încărcaţi cu sarcini negative
decât particule individuale, discrete.
Deci, o moleculă nu are o formă
în acelaşi sens în care, de exemplu,
o statuie are o formă.
Dar pentru fiecare moleculă,
există cel puţin o cale
de a aranja nucleii şi elctronii
pentru a maximiza atracţia
sarcinilor opuse
şi a minimiza respingerea
sarcinilor asemănătoare.
Să presupunem că singurii electroni
care contează la forma unei molecule
sunt cei periferici fiecărui atom participant.
Şi să presupunem
că norul de electroni dintre atomi,
adică legăturile moleculare,
au forma unor cârnaţi.
Ştiţi că nucleele sunt încărcate pozitiv
şi electronii sunt negativi
şi dacă nucleele moleculei
sunt legate împreună
sau toţi electronii sunt adunaţi împreună,
ei s-ar respinge şi s-ar îndepărta
şi asta nu ajută pe nimeni.
În 1776, Alessandro Volta,
cu mult înainte de a inventa bateriile,
a descoperit metanul.
Formula metanului este CH4.
Şi ea ne spune
că fiecare moleculă de metan
este făcută dintr-un carbon şi patru atomi de hidrogen,
dar nu ne spune cum sunt legaţi
sau sunt aranjaţi atomii săi în 3D.
Din configuraţia lor electronică,
ştim că atomul de carbon se poate lega
cu până la patru alţi atomi
şi că fiecare hidrogen se poate lega
cu doar un atom.
Putem deci, ghici
că atomul de carbon ar trebui să fie atomul central
legat cu cei de hidrogen.
Fiecare legătură reprezintă
folosirea în comun a doi electroni
şi am desenat fiecare pereche de electroni ca o linie.
Deci, acum avem o reprezentare plană
a acestei molecule,
dar cum arată în trei dimensiuni?
Putem spune că
din cauza fiecărei legături
există o regiune încărcată negativ
şi aşa cum sarcinile se resping una pe alta,
cea mai favorabilă configuraţie de atomi
va maximiza distanţa dintre legături.
Şi pentru a avea toate legăturile
cât mai departe posibil una de alta,
forma optimă este asta.
Este numit tetraedru.
În funcţie de atomii implicaţi,
puteţi avea diferite forme.
Amoniacul sau NH3 are formă de piramidă.
Dioxidul de carbon, CO2 este o linie dreaptă.
Apa, H2O este îndoită la fel ca un cot.
Şi triflorura de clor, sau CIF3,
are forma literi T.
Noi aici
extindem modelul nostru de atomi şi electroni
pentru a construi forme 3 D.
Trebuie să facem experimente
pentru a a vedea dacă aceste molecule
au o formă pe care să o prezicem.
Altenţie :
multe dintre ele da, dar altele nu.
Formele devin mai complicate
pe măsură ce creşte numărul de atomi.
Toate exemplele despre care am vorbit
au un atom central,
dar multe molecule,
de la medicmentele cu formule relativ mici
pănă la polimerii lungi
ca ADN-ul sau proteinele, nu au.
Lucrul de reţinut
este că legăturile atomilor se vor aranja
pentru a maximiza atracţia dintre sarcinile opuse
şi minimiza respingerea dintre aceleaşi sarcini.
Unele molecule au chiar două sau mai multe
aranjamente stabile de atomi,
şi putem face chimie
de la switch-urile dintre aceste configuraţii,
chiar când compoziţia acelei molecule,
să spunem numărul şi identitatea atomilor săi,
nu s-au schimbat.