Kakšna je velikost molekul? Kakšne so razsežnosti molekule?

Ko dva ali več atomov vstopita v kemijske vezi, se pojavijo molekule. Ni pomembno, ali so ti atomi enaki ali pa se popolnoma razlikujejo med seboj v obliki in velikosti. Ugotovili bomo, kakšno je velikost molekul in od česa je odvisno.

Kaj so molekule?

Znanstveniki že tisočletja razmišljajo o skrivnosti življenja, o tem, kaj se natančno zgodi, ko se rodi. Po najstarejših kulturah življenje in vse na tem svetu sestavljajo temeljni elementi narave - zemlja, zrak, veter, voda in ogenj. Vendar pa so sčasoma mnogi filozofi začeli predstavljati idejo, da vse stvari sestavljajo drobne, nedeljive stvari, ki jih ni mogoče ustvariti in uničiti.

Vendar pa je šele po pojavu atomske teorije in sodobne kemije, da so se znanstveniki začeli strinjati, da so delci, zbrani v agregatu, povzročili temeljne gradnike vseh stvari. Torej je obstajal termin, ki se v kontekstu moderne teorije delcev nanaša na najmanjše enote mase.

Po svoji klasični definiciji je molekula najmanjši delec snovi, ki pomaga ohranjati svoje kemijske in fizikalne lastnosti. Sestoji iz dveh ali več atomov, pa tudi skupin enakih ali različnih atomov, ki jih skupaj sestavljajo kemične sile.

Kakšna je velikost molekul? V 5. razredu naravna zgodovina (šolski predmet) daje le splošno zamisel o dimenzijah in oblikah, to vprašanje pa se podrobneje preučuje v višjih razredih na urah kemije.

Primeri molekul

Molekule so lahko preproste ali zapletene. Tukaj je nekaj primerov:

• H₂O (voda);
• N₂ (dušik);
• O₃ (ozon);
• CaO (kalcijev oksid);
• C₆H_{12. mesto}O₆ (glukoza).

Molekule, sestavljene iz dveh ali več elementov, imenujemo spojine. Torej, voda, kalcijev oksid in glukoza so sestavljeni. Vse spojine niso molekule, vendar so vse molekule spojine. Koliko so lahko veliki? Kakšna je velikost molekule? Znano je, da skoraj vse okoli nas sestavljajo atomi (razen svetlobe in zvoka). Njihova skupna teža bo masa molekule.

Molekulska masa

Ko govorimo o velikosti molekul, se večina znanstvenikov odreka molekulski masi. To je skupna teža vseh atomov, ki vstopajo v njo:

• Voda, ki jo sestavljata dva atoma vodika (z eno enoto atomske mase) in en kisikov atom (16 enot atomske mase), ima molekulsko maso 18 (natančneje 18,01528).
• Glukoza ima molekulsko maso 180.
• DNA, ki je zelo dolga, lahko ima molekulsko maso, ki je približno 1010 (približna teža enega človeškega kromosoma).

Merjenje v nanometrih

Poleg mase lahko merimo tudi, kakšna je velikost molekul v nanometrih. Enota vode je približno 0,27 Nm čez. DNA doseže premer 2 Nm in se lahko razteza na dolg nekaj metrov. Težko si je predstavljati, kako se takšne dimenzije lahko prilegajo v eno celico. Razmerje dolžine in debeline DNA je presenetljivo. To je 1/100 000 000, to je kot človeški las, ki ima dolžino na nogometnem igrišču.

Obrazci in velikosti

Kakšna je velikost molekul? Prihajajo v različnih oblikah in velikostih. Voda in ogljikov dioksid sta med najmanjšimi in beljakovine so med največjimi. Molekule so elementi, sestavljeni iz atomov, ki so med seboj povezani. Razumevanje videza molekul je tradicionalno del kemije. Poleg njihovega nerazumljivo čudnega kemičnega vedenja je ena od pomembnih značilnosti molekul njihova velikost.

Kje je lahko znanje o obsegu molekul še posebno koristno? Odgovor na to in mnoga druga vprašanja pomaga na področju nanotehnologije, saj se koncept nanobot in inteligentnih materialov nujno ukvarja z učinki molekularnih velikosti in oblik.

Kakšna je velikost molekul?

V 5. razredu naravoslovje na tem področju daje le splošne informacije, da vse molekule sestavljajo atomi, ki so v stalnih naključnih gibanjih. V zgornjih razredih je že mogoče videti strukturne formule v kemijskih učbenikih, ki so podobne dejanski obliki molekul. Vendar pa ni mogoče izmeriti svoje dolžine z običajnim ravnilom, zato je treba vedeti, da so molekule tridimenzionalni objekti. Njihova podoba na papirju je projekcija na dvodimenzionalno ravnino. Dolžina molekule se spremeni s pomočjo povezav dolžin njenih kotov. Obstajajo tri glavne:

• Kot tetraedrona je 109 °, ko so vse vezi tega atoma z vsemi ostalimi atomi eno (samo ena pomišljaja).
• Kot šestkotnika je 120 °, ko ima en atom dvojno vez na drug atom.
• Kot črta je 180 °, če ima atom dve dvojni vezi ali en trojni z drugim atomom.

Pravi koti se pogosto razlikujejo od teh kotov, saj je treba upoštevati različne učinke, vključno z elektrostatičnimi interakcijami.

Kako si predstavljati velikost molekul: primeri

Kakšna je velikost molekul? V 5. razredu so odgovori na to vprašanje, kot smo rekli, splošne narave. Učenci vedo, da je velikost imenovanih spojin zelo majhna. Na primer, če v pesek molekule v eno posamično zrno iz peska v celoti peljemo z peskom, nato pa pod nastalo maso lahko hišo skrijete v petih nadstropjih. Kakšna je velikost molekul? Kratek odgovor, ki je tudi bolj znanstven, ima naslednjo obliko.

Molekulska masa se izenači z razmerjem mase celotne snovi s številom molekul v snovi ali razmerjem molske mase s konstanto Avogadro. Merska enota je kilogram. Povprečna molekulska masa je 10^-23-10^-26 kg. Vzemi, na primer, vodo. Njegova molekulska masa bo 3 x 10 ^-26 kg.

Kako velikost molekule vpliva na privlačne sile?

Odgovoren za privlačnost med molekulami je elektromagnetna sila, ki se manifestira skozi privlačnost nasprotij in odboj podobnih dajatev. Elektrostatična sila, ki obstaja med nasprotujočimi se napetostmi, prevladuje v interakcijah med atomi in med molekulami. Gravitacijska sila je v tem primeru tako majhna, da jo je mogoče zanemariti.

V tem primeru velikost molekule vpliva na silo privlačnosti preko elektronskega oblaka naključnih izkrivljanj, ki se pojavijo, ko se porazdelijo elektroni molekule. V primeru nepolarnih delcev, ki imajo le šibke van der Waalsove interakcije ali disperzijske sile, velikost molekul neposredno vpliva na obseg elektronskega oblaka, ki obkroža to molekulo. Večje je, bolj zaračunano polje, ki ga obdaja.

Večji elektronski oblak pomeni, da lahko pride do več elektronskih interakcij med sosednjimi molekulami. Kot rezultat, en del molekule razvije začasno pozitivno delno polnjenje, drugi pa negativen. Ko se to zgodi, lahko molekula polarizira elektronski oblak iz sosednjega oblaka. Privlačnost se pojavi, ker delno pozitivna stran ene molekule privlači delno negativno stran druge.

Zaključek

Torej, kakšna je velikost molekul? V naravni zgodovini, kot smo ugotovili, lahko najdemo le figurativno idejo o masi in dimenzijah teh drobnih delcev. Vemo pa, da obstajajo preproste in zapletene povezave. In drugi lahko vključuje tako stvar kot makromolekula. To je zelo velika enota, na primer beljakovina, ki se ponavadi ustvari s polimerizacijo manjših podenot (monomerov). Običajno jih sestavlja več tisoč atomov ali več.

Najpogostejši makromolekuli v biokemiji so biopolimeri (nukleinske kisline, beljakovine, ogljikovi hidrati in polifenoli) in velike nepolimerne molekule (kot so lipidi). Sintetične makromolekule vključujejo običajno plastiko in sintetična vlakna ter eksperimentalne materiale, kot so ogljikove nanocevke.