Organische Chemie. molekulare Struktur. Molekulare Struktur der Materie

(Molekülstruktur), die relative Anordnung von Atomen in Molekülen. Bei chemischen Reaktionen werden Atome in den Molekülen der Reaktanten neu angeordnet und es entstehen neue Verbindungen. Eines der grundlegenden chemischen Probleme besteht daher darin, die Anordnung der Atome in den ursprünglichen Verbindungen und die Art der Veränderungen bei der Bildung anderer Verbindungen aus ihnen zu klären.

Die ersten Ideen zur Struktur von Molekülen basierten auf der Analyse des chemischen Verhaltens einer Substanz. Mit zunehmendem Wissen über die chemischen Eigenschaften von Stoffen wurden diese Vorstellungen komplexer. Die Anwendung der Grundgesetze der Chemie ermöglichte es, die Anzahl und Art der Atome zu bestimmen, aus denen das Molekül einer bestimmten Verbindung besteht; Diese Informationen sind in der chemischen Formel enthalten. Im Laufe der Zeit erkannten Chemiker, dass eine einzige chemische Formel nicht ausreicht, um ein Molekül genau zu charakterisieren, da es Isomermoleküle gibt, die dieselben chemischen Formeln, aber unterschiedliche Eigenschaften haben. Diese Tatsache veranlasste Wissenschaftler zu der Annahme, dass die Atome in einem Molekül eine bestimmte Topologie haben müssen, die durch die Bindungen zwischen ihnen stabilisiert wird. Diese Idee wurde erstmals 1858 vom deutschen Chemiker F. Kekule geäußert. Nach seinen Vorstellungen lässt sich ein Molekül durch eine Strukturformel darstellen, die nicht nur die Atome selbst, sondern auch die Verbindungen zwischen ihnen angibt. Auch interatomare Bindungen müssen der räumlichen Anordnung der Atome entsprechen. Die Stadien der Entwicklung von Ideen über die Struktur des Methanmoleküls sind in Abb. dargestellt. 1. Die Struktur entspricht modernen Daten G: Das Molekül hat die Form eines regelmäßigen Tetraeders, in dessen Mitte sich ein Kohlenstoffatom und an den Spitzen Wasserstoffatome befinden.

Solche Untersuchungen sagten jedoch nichts über die Größe der Moleküle aus. Diese Informationen wurden erst mit der Entwicklung geeigneter physikalischer Methoden verfügbar. Als wichtigste davon erwies sich die Röntgenbeugung. Anhand von Röntgenstreumustern an Kristallen wurde es möglich, die genaue Position von Atomen in einem Kristall zu bestimmen, und bei Molekülkristallen war es möglich, Atome in einem einzelnen Molekül zu lokalisieren. Andere Methoden umfassen die Beugung von Elektronen beim Durchgang durch Gase oder Dämpfe und die Analyse der Rotationsspektren von Molekülen.

All diese Informationen geben nur eine allgemeine Vorstellung von der Struktur des Moleküls. Die Natur chemischer Bindungen ermöglicht es uns, die moderne Quantentheorie zu studieren. Und obwohl die Molekülstruktur noch nicht mit ausreichend hoher Genauigkeit berechnet werden kann, lassen sich alle bekannten Daten zu chemischen Bindungen erklären. Es wurde sogar die Existenz neuartiger chemischer Bindungen vorhergesagt.

Kondratyev V.N. Struktur von Atomen und Molekülen. M., 1959
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Slater J. Elektronische Struktur von Molekülen. M., 1965
Cartmell E., Foles G. Wertigkeit und Struktur von Molekülen. M., 1979

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In jeder der großen Bibliotheken der Welt erstrecken sich die Räume und Regale mit Büchern scheinbar endlos. Die Anzahl der Bände in der US Library of Congress beläuft sich auf mehrere zehn Millionen. Jeder von ihnen präsentiert unterschiedliche Geschichten, detaillierte Analysen, historische Dokumente – alle mit ihrer eigenen Meinung. Aber all diese Millionen auf Englisch geschriebenen Bücher bestehen nur aus einigen Zehntausenden Wörtern, und jedes Wort besteht aus einer Kombination von nur 26 Buchstaben – von A bis Z [ plus Leerzeichen, Satzzeichen und Zahlen – ca. Übersetzung].

Mittlerweile leben wir alle umgeben von einer riesigen und erstaunlichen Vielfalt an Materialien – einschließlich derjenigen, aus denen die vielen Arten biologischer Strukturen bestehen, aus denen unser Körper und alle Körper von Tieren, Pflanzen und anderen Lebewesen bestehen. Der Planet, auf dem wir leben, besteht aus verschiedenen Gesteinsarten, manche hart und spröde, manche flexibel, mit unterschiedlichen Farben und Texturen. Neben Wasser gibt es bei uns Alkohol, Säuren, Zucker und Öle in verschiedenen Formen. In Öfen gegarte Speisen geben unterschiedliche Aromen ab, die wir aus der Luft einatmen. Zu Salzen, Kreide und Legierungen müssen synthetische Materialien hinzugefügt werden, darunter verschiedene Kunststoffe. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass der enorme Reichtum der Materialbibliothek aus einer kleinen (wenn auch recht vielfältigen) Auswahl an Molekülen besteht, die wiederum aus nur hundert Atomen bestehen – Elementen von H bis U und darüber hinaus (Wasserstoff bis Uran und darüber hinaus). ).

Die Komplexität einer geschriebenen Sprache wie Englisch beginnt bei Wörtern, aber die Komplexität von Materialien beginnt bei Molekülen. Ebenso können die Anweisungen zum Aufbau einer Vielzahl biologischer Formen in der DNA – der Desoxyribonukleinsäure – kodiert sein, insbesondere in den Strängen ihrer trimolekularen Silben, die aus vier einfachen Molekülen, den Nukleobasen, bestehen. Der Grund für die Komplexität liegt in einer einfachen mathematischen Tatsache: Aus wenigen Zutaten können vielfältige Kombinationen entstehen. Eine Zutat reicht nicht aus. Aus dem Buchstaben „a“ können Sie nur zehn verschiedene Wörter bilden, deren Länge zehn Buchstaben nicht überschreiten darf: „a“, „aa“, „aaa“ und so weiter. Aber aus 26 Buchstaben kann man schon 26 2 Zwei-Buchstaben-Wörter, also 676, und Zehn-Buchstaben-Wörter bekommen – sogar 141.167.095.653.376, viel mehr, als für die Sprache erforderlich ist. Nur ein paar Zehntausend Wörter, ausgewählt aus vielen Millionen oder Milliarden potenzieller Wörter, reichen aus, um die gesamte englische Literatur zu schaffen. Die gleichen Prinzipien des exponentiellen Wachstums in der Anzahl der Kombinationen ermöglichen es, dass unsere Umwelt aus nur Hunderten von Atomarten besteht, die sich zu unzähligen Molekülen zusammensetzen können, deren Größe von wenigen Atomen bis hin zu Hunderten und Tausenden variiert.

Ausgehend von Wörtern oder Molekülen kann man sich zu Forschungszwecken in zwei Richtungen bewegen. Man kann versuchen zu verstehen, wie aus ihren Zutaten komplexe Objekte zusammengesetzt werden: Was verbirgt sich hinter der Existenz eines einzelnen Buches oder einer Reihe von Büchern? Woher kommt dieses Material bzw. diese Materialklasse? Oder wir gehen in die andere Richtung und identifizieren die Herkunft der Buchstaben und Atome, der Grundbausteine.

Der Zweck dieses und der folgenden Artikel besteht darin, die zweite Frage zu beantworten, von den Molekülen bis hin zu ihrem Ursprung. Natürlich ist es sehr interessant, die große Vielfalt der in der Natur vorkommenden Materialien zu studieren, von denen es so viele gibt wie Bücher in der Library of Congress. Allerdings erweist sich die Entstehung von Molekülen und Atomen als weniger großes Thema. Natürlich kann man nicht sagen, dass die Antwort auf diese Fragen einfach und unkompliziert ist. Er enthüllt viele erstaunliche und unerwartete Details der Atom-, Kern- und Teilchenphysik (oder Hochenergiephysik). Ebenso wie die Quelle der Buchstaben des Alphabets erweisen sie sich als größer und interessanter, als man zunächst vermuten könnte. Es führt zu Entdeckungen, die über die einfachen Eigenschaften von Materialien hinausgehen. Er führt die Physik zu einem Verständnis des Lichts, der Sonne und anderer Sterne, der Geschichte der Erde, von Raum und Zeit und dem Universum, durch das sich Erde und Sonne bewegen.

Zuvor müssen jedoch noch ein paar weitere Fragen berücksichtigt werden. Woher wissen wir, dass alle Materialien aus Molekülen bestehen? Historisch gesehen wurde die Antwort auf diese Frage durch komplexe logische Ketten und eine Vielzahl wissenschaftlicher Experimente gewonnen. Bis vor Kurzem konnte die Existenz von Molekülen nur vermutet werden, allerdings nicht direkt, sondern überzeugend auf der Grundlage raffinierter wissenschaftlicher Analysen und chemischer Experimente. Heute können wir eine einfachere Antwort geben – weil wir heute Moleküle „sehen“ können. Wir sehen sie durch Mikroskope, allerdings nicht durch die klassischen Typen, die man auf einen Tisch stellen und durch Okulare hineinschauen kann. Dabei handelt es sich um Rasterkraftmikroskope, deren Betrachtungsweise eher dem Lesen von Blindenschrift ähnelt; aber sie erfüllen ihre Aufgabe. Sie ermöglichen es Wissenschaftlern, Materialien zu fotografieren und ihre Struktur im Detail zu untersuchen, wodurch frühere Vorhersagen bestätigt werden. Sie haben sogar frühere Rätsel um bestimmte Moleküle gelöst. Mit neuen Methoden können Sie alle indirekten Argumente direkt testen. Nicht, dass wir daran zweifeln, denn sie wurden so oft erfolgreich zur Vorhersage des Ergebnisses chemischer Reaktionen und beim Design und der Herstellung neuer Materialien eingesetzt! Dennoch ist es schön zu wissen, dass diese Diskussion nicht abstrakt ist: Es gibt Moleküle, und mit moderner Technologie können wir sie direkt nachweisen.

Im nächsten Artikel befassen wir uns mit Atomen, woraus sie bestehen und wie aus ihnen Moleküle entstehen.

Alle Körper, die uns umgeben, bestehen aus Atomen. Die Atome wiederum fügen sich zu einem Molekül zusammen. Dank der unterschiedlichen molekularen Struktur können wir von Substanzen sprechen, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften und Parameter voneinander unterscheiden. Moleküle und Atome befinden sich immer in einem Zustand der Dynamik. Während sie sich bewegen, zerstreuen sie sich dennoch nicht in verschiedene Richtungen, sondern werden in einer bestimmten Struktur gehalten, die wir der Existenz einer so großen Vielfalt an Substanzen in der gesamten Welt um uns herum verdanken. Was sind diese Teilchen und welche Eigenschaften haben sie?

Allgemeine Konzepte

Wenn wir von der Theorie der Quantenmechanik ausgehen, dann besteht ein Molekül nicht aus Atomen, sondern aus ihren Kernen und Elektronen, die ständig miteinander interagieren.

Bei manchen Stoffen ist ein Molekül das kleinste Teilchen, das die Zusammensetzung und die chemischen Eigenschaften des Stoffes selbst aufweist. Somit werden die Eigenschaften von Molekülen aus chemischer Sicht durch ihre Zusammensetzung bestimmt. Aber nur für Stoffe mit molekularer Struktur gilt: Chemikalien und Moleküle sind dasselbe. Bei einigen Polymeren wie Ethylen und Polyethylen entspricht die Zusammensetzung nicht der molekularen Zusammensetzung.

Es ist bekannt, dass die Eigenschaften von Molekülen nicht nur durch die Anzahl der Atome und deren Art bestimmt werden, sondern auch durch die Konfiguration und Reihenfolge der Verbindungen. Ein Molekül ist eine komplexe architektonische Struktur, in der jedes Element an seinem Platz steht und seine eigenen spezifischen Nachbarn hat. Die Atomstruktur kann mehr oder weniger starr sein. Jedes Atom schwingt um seine Gleichgewichtsposition.

Konfiguration und Parameter

Es kommt vor, dass sich einige Teile eines Moleküls relativ zu anderen Teilen drehen. So nimmt ein freies Molekül im Prozess der thermischen Bewegung bizarre Formen (Konfigurationen) an.

Grundsätzlich werden die Eigenschaften von Molekülen durch die Bindung (ihre Art) zwischen Atomen und die Architektur des Moleküls selbst (Struktur, Form) bestimmt. Daher berücksichtigt die allgemeine chemische Theorie zunächst chemische Bindungen und basiert auf den Eigenschaften von Atomen.

Bei starker Polarität lassen sich die Eigenschaften von Molekülen nur schwer durch zwei- oder dreikonstante Korrelationen beschreiben, die für unpolare Moleküle hervorragend geeignet sind. Daher wurde ein zusätzlicher Parameter mit einem Dipolmoment eingeführt. Allerdings ist diese Methode nicht immer erfolgreich, da polare Moleküle individuelle Eigenschaften haben. Es wurden auch Parameter vorgeschlagen, um Quanteneffekte zu berücksichtigen, die bei niedrigen Temperaturen wichtig sind.

Was wissen wir über das Molekül der am häufigsten vorkommenden Substanz auf der Erde?

Von allen Stoffen auf unserem Planeten ist Wasser der häufigste. Es verleiht buchstäblich allem auf der Erde Leben. Nur Viren kommen ohne Wasser aus, andere lebende Strukturen enthalten meist Wasser. Welche nur für ihn charakteristischen Eigenschaften des Wassermoleküls werden im menschlichen Wirtschaftsleben und in der belebten Natur der Erde genutzt?

Das ist wirklich eine einzigartige Substanz! Kein anderer Stoff kann sich der Eigenschaften von Wasser rühmen.

Wasser ist das wichtigste Lösungsmittel in der Natur. Alle Reaktionen, die in lebenden Organismen auf die eine oder andere Weise ablaufen, finden in einer aquatischen Umgebung statt. Das heißt, Substanzen reagieren im gelösten Zustand.

Wasser hat eine ausgezeichnete Wärmekapazität, aber eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Dank dieser Eigenschaften können wir es zum Transport von Wärme nutzen. Dieses Prinzip ist im Kühlmechanismus einer Vielzahl von Organismen enthalten. In der Kernenergie führten die Eigenschaften des Wassermoleküls dazu, dass dieser Stoff als Kühlmittel eingesetzt wurde. Neben der Fähigkeit, ein reaktives Medium für andere Stoffe zu sein, kann Wasser selbst Reaktionen eingehen: Photolyse, Hydratation und andere.

Natürliches reines Wasser ist eine Flüssigkeit, die geruchlos, farblos und geschmacklos ist. Bei einer Schichtdicke von mehr als 2 Metern wird die Farbe jedoch bläulich.

Das gesamte Wassermolekül ist ein Dipol (zwei entgegengesetzte Pole). Es ist vor allem die Dipolstruktur, die die ungewöhnlichen Eigenschaften dieses Stoffes bestimmt. Das Wassermolekül ist diamagnetisch.

Schmelzwasser hat eine weitere interessante Eigenschaft: Sein Molekül nimmt die Struktur des Goldenen Schnitts an, und die Struktur der Substanz nimmt die Proportionen des Goldenen Schnitts an. Viele der Eigenschaften des Wassermoleküls wurden durch Analyse der Absorptions- und Emissionsbandenspektren in der Gasphase ermittelt.

Naturgeschichte und molekulare Eigenschaften

Alle Stoffe, mit Ausnahme der chemischen, haben physikalische Eigenschaften der in ihrer Struktur enthaltenen Moleküle.

In der Physik wird der Begriff der Moleküle verwendet, um die Eigenschaften von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen zu erklären. Die Diffusionsfähigkeit aller Stoffe, ihre Viskosität, Wärmeleitfähigkeit und andere Eigenschaften werden durch die Beweglichkeit der Moleküle bestimmt. Als der französische Physiker Jean Perrin die Brownsche Bewegung untersuchte, bewies er experimentell die Existenz von Molekülen. Alle lebenden Organismen existieren aufgrund einer fein ausgewogenen inneren Interaktion innerhalb der Struktur. Alle chemischen und physikalischen Eigenschaften von Stoffen sind für die Naturwissenschaft von grundlegender Bedeutung. Die Entwicklung der Physik, Chemie, Biologie und Molekularphysik führte zur Entstehung der Wissenschaft der Molekularbiologie, die die grundlegenden Phänomene des Lebens untersucht.

Mithilfe der statistischen Thermodynamik, den physikalischen Eigenschaften von Molekülen, die durch molekularspektroskopische Methoden bestimmt werden, bestimmen sie in der physikalischen Chemie die zur Berechnung chemischer Gleichgewichte notwendigen Stoffe und die Geschwindigkeiten ihrer Einstellung.

Wie unterscheiden sich die Eigenschaften von Atomen und Molekülen voneinander?

Erstens kommen Atome nicht im freien Zustand vor.

Moleküle haben reichhaltigere optische Spektren. Dies ist auf die geringere Symmetrie des Systems und die Möglichkeit neuer Rotationen und Schwingungen der Kerne zurückzuführen. Für ein Molekül besteht die Gesamtenergie aus drei Energien, die sich in der Größenordnung der Komponenten unterscheiden:

• elektronische Hülle (optische oder ultraviolette Strahlung);
• Kernschwingungen (Infrarotteil des Spektrums);
• Rotation des Moleküls als Ganzes (Radiofrequenzbereich).

Atome emittieren charakteristische Emissionen und Moleküle emittieren Streifen, die aus vielen eng beieinander liegenden Linien bestehen.

Spektralanalyse

Die optischen, elektrischen, magnetischen und anderen Eigenschaften eines Moleküls werden auch durch die Verbindung mit Daten über die Zustände von Molekülen und den wahrscheinlichen Übergang zwischen ihnen durch Molekülspektren dargestellt.

Übergänge (elektronisch) in Molekülen zeigen chemische Bindungen und die Struktur ihrer elektronischen Hüllen. Spektren mit einer größeren Anzahl an Bindungen weisen langwellige Absorptionsbanden auf, die in den sichtbaren Bereich fallen. Besteht ein Stoff aus solchen Molekülen, hat er eine charakteristische Farbe. Das ist alles

Die Eigenschaften von Molekülen derselben Substanz sind in allen Aggregatzuständen gleich. Das bedeutet, dass sich bei gleichen Stoffen die Eigenschaften der Moleküle flüssiger und gasförmiger Stoffe nicht von den Eigenschaften fester Stoffe unterscheiden. Ein Molekül eines Stoffes hat immer die gleiche Struktur, unabhängig vom Aggregatzustand des Stoffes selbst.

Elektrische Eigenschaften

Das Verhalten einer Substanz in einem elektrischen Feld wird durch die elektrischen Eigenschaften der Moleküle bestimmt: Polarisierbarkeit und permanentes Dipolmoment.

Das Dipolmoment ist die elektrische Asymmetrie eines Moleküls. Moleküle mit einem Symmetriezentrum wie H2 haben kein permanentes Dipolmoment. Die Fähigkeit der Elektronenhülle eines Moleküls, sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zu bewegen, wodurch in ihm ein induziertes Dipolmoment entsteht, ist Polarisierbarkeit. Um den Wert der Polarisierbarkeit und des Dipolmoments zu ermitteln, muss die Dielektrizitätskonstante gemessen werden.

Das Verhalten einer Lichtwelle in einem elektrischen Wechselfeld wird durch die optischen Eigenschaften eines Stoffes charakterisiert, die durch die Polarisierbarkeit des Moleküls dieses Stoffes bestimmt werden. In direktem Zusammenhang mit der Polarisierbarkeit stehen: Streuung, Brechung, optische Aktivität und andere Phänomene der molekularen Optik.

Oft hört man die Frage: „Wovon hängen die Eigenschaften eines Stoffes außer von Molekülen ab?“ Die Antwort ist ganz einfach.

Die Eigenschaften von Stoffen werden neben Isometrie und Kristallstruktur durch die Temperatur der Umgebung, den Stoff selbst, den Druck und das Vorhandensein von Verunreinigungen bestimmt.

Chemie der Moleküle

Vor der Entstehung der Wissenschaft der Quantenmechanik war die Natur chemischer Bindungen in Molekülen ein ungelöstes Rätsel. Die klassische Physik konnte die Richtung und Sättigung von Valenzbindungen nicht erklären. Nach der Erstellung grundlegender theoretischer Informationen über chemische Bindungen (1927) am Beispiel des einfachsten Moleküls H2 begannen sich Theorie und Berechnungsmethoden allmählich zu verbessern. Basierend auf der weit verbreiteten Verwendung der Molekülorbitalmethode und der Quantenchemie wurde es beispielsweise möglich, interatomare Abstände, die Energie von Molekülen und chemischen Bindungen, die Verteilung der Elektronendichte und andere Daten zu berechnen, die vollständig mit den experimentellen Daten übereinstimmten.

Stoffe mit gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher chemischer Struktur und unterschiedlichen Eigenschaften werden als Strukturisomere bezeichnet. Sie haben unterschiedliche Strukturformeln, aber die gleichen Molekülformeln.

Es sind verschiedene Arten der Strukturisomerie bekannt. Die Unterschiede liegen in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts, der Position der funktionellen Gruppe oder der Position der Mehrfachbindung. Darüber hinaus gibt es noch räumliche Isomere, bei denen die Eigenschaften des Stoffmoleküls durch die gleiche Zusammensetzung und chemische Struktur gekennzeichnet sind. Daher sind sowohl ihre Struktur- als auch ihre Molekülformeln gleich. Die Unterschiede liegen in der räumlichen Form des Moleküls. Zur Darstellung verschiedener räumlicher Isomere werden spezielle Formeln verwendet.

Es gibt Verbindungen, die Homologe genannt werden. Sie sind in Struktur und Eigenschaften ähnlich, unterscheiden sich jedoch in der Zusammensetzung durch eine oder mehrere CH2-Gruppen. Alle in Struktur und Eigenschaften ähnlichen Stoffe sind in homologen Reihen zusammengefasst. Nachdem Sie die Eigenschaften eines Homologen untersucht haben, können Sie über jedes andere davon sprechen. Die Menge der Homologen ist eine homologische Reihe.

Wenn die Strukturen der Materie verändert werden, verändern sich die chemischen Eigenschaften der Moleküle dramatisch. Als Beispiel dienen selbst die einfachsten Verbindungen: Methan wird durch die Verbindung mit nur einem Sauerstoffatom zu einer giftigen Flüssigkeit namens Methanol (Methylalkohol – CH3OH). Dementsprechend unterschiedlich werden seine chemische Komplementarität und seine Wirkung auf lebende Organismen. Ähnliche, aber komplexere Veränderungen treten bei der Veränderung der Struktur von Biomolekülen auf.

Chemische Moleküleigenschaften hängen stark von der Struktur und den Eigenschaften von Molekülen ab: von den darin enthaltenen Energiebindungen und der Geometrie des Moleküls selbst. Dies funktioniert insbesondere bei biologisch aktiven Verbindungen. Welche konkurrierende Reaktion vorherrschen wird, wird oft nur durch räumliche Faktoren bestimmt, die wiederum von den Ausgangsmolekülen (ihrer Konfiguration) abhängen. Ein Molekül mit einer „ungünstigen“ Konfiguration reagiert überhaupt nicht, während ein anderes mit derselben chemischen Zusammensetzung, aber einer anderen Geometrie sofort reagieren kann.

Eine Vielzahl der während des Wachstums und der Fortpflanzung beobachteten biologischen Prozesse sind mit geometrischen Beziehungen zwischen Reaktionsprodukten und Ausgangsstoffen verbunden. Zu Ihrer Information: Die Wirkung einer beträchtlichen Anzahl neuer Arzneimittel beruht auf einer ähnlichen molekularen Struktur einer Verbindung, die aus biologischer Sicht für den menschlichen Körper schädlich ist. Das Medikament ersetzt das schädliche Molekül und erschwert dessen Wirkung.

Chemische Formeln werden verwendet, um die Zusammensetzung und Eigenschaften von Molekülen verschiedener Substanzen auszudrücken. Anhand des Molekulargewichts wird das Atomverhältnis ermittelt und eine Summenformel erstellt.

Geometrie

Die geometrische Struktur eines Moleküls wird unter Berücksichtigung der Gleichgewichtsanordnung der Atomkerne bestimmt. Die Energie der Wechselwirkung zwischen Atomen hängt vom Abstand zwischen den Atomkernen ab. Bei sehr großen Entfernungen ist diese Energie Null. Wenn Atome näher zusammenrücken, beginnt sich eine chemische Bindung zu bilden. Dann werden die Atome stark voneinander angezogen.

Wenn eine schwache Anziehung beobachtet wird, ist die Bildung einer chemischen Bindung nicht erforderlich. Wenn sich Atome nähern, beginnen elektrostatische Abstoßungskräfte zwischen den Kernen zu wirken. Ein Hindernis für die enge Annäherung von Atomen ist die Inkompatibilität ihrer inneren Elektronenhüllen.

Maße

Es ist unmöglich, Moleküle mit bloßem Auge zu sehen. Sie sind so klein, dass wir sie selbst mit einem Mikroskop mit 1000-facher Vergrößerung nicht erkennen können. Biologen beobachten Bakterien mit einer Größe von 0,001 mm. Aber Moleküle sind hunderte und tausende Male kleiner als sie.

Heutzutage wird die Struktur der Moleküle einer bestimmten Substanz durch Beugungsmethoden bestimmt: Neutronenbeugung, Röntgenbeugungsanalyse. Es gibt auch Schwingungsspektroskopie und die elektronenparamagnetische Methode. Die Wahl der Methode hängt von der Art des Stoffes und seinem Zustand ab.

Die Größe eines Moleküls ist ein relativer Wert unter Berücksichtigung der Elektronenhülle. Der Punkt sind die Abstände der Elektronen von Atomkernen. Je größer sie sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, die Elektronen des Moleküls zu finden. In der Praxis kann die Größe von Molekülen unter Berücksichtigung des Gleichgewichtsabstands bestimmt werden. Dies ist der Abstand, um den sich die Moleküle selbst annähern können, wenn sie in einem Molekülkristall und in einer Flüssigkeit dicht gepackt sind.

Große Abstände neigen dazu, Moleküle anzuziehen, kleine Abstände hingegen neigen dazu, Moleküle abzustoßen. Daher hilft die Röntgenbeugungsanalyse von Molekülkristallen dabei, die Größe des Moleküls zu ermitteln. Anhand des Diffusionskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit und der Viskosität von Gasen sowie der Dichte des Stoffes im kondensierten Zustand lässt sich die Größenordnung der Molekülgrößen bestimmen.

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Molekülstrukturen auf der Basis von Fettsäuren, deren Derivaten, Vitaminen, Porphyrinen und Peptiden sind in der Lage, in der Natur ablaufende biologische Prozesse nachzuahmen; sie werden in biophysikalischen und biochemischen Studien eingesetzt und als potenzielle Arzneimittel untersucht.

Die Molekülstruktur in einem Festkörper wird durch die starke Wechselwirkung zwischen Molekülen bestimmt, die zu deren Schwingungen um feste Zentren führt, die mit den Gleichgewichtspositionen der Moleküle unter dem Einfluss von Kraftfeldern übereinstimmen, die von einem Molekülsystem gebildet werden. Diese im Raum bewegungslosen Gleichgewichtslagen sind stabil. Sie können ein regelmäßiges, periodisches System bilden, das dem für die Mikrostruktur kristalliner Festkörper charakteristischen Kristallgitter entspricht, oder im amorphen Zustand zufällig verstreut sein. Im letzteren Fall besteht aufgrund des Stabilitätsverlustes die Tendenz, dass sich die amorphe Struktur in eine kristalline umwandelt. Die Dauer dieses Übergangs erweist sich jedoch als so bedeutsam, dass tatsächlich sowohl kristalline als auch amorphe Zustände von Festkörpern beobachtet werden. Die charakteristischen Eigenschaften der molekularen (atomaren) Struktur eines Festkörpers bleiben über seine gesamte Länge erhalten, was es uns ermöglicht, über das Vorhandensein sowohl von Nah- als auch Fernordnungen in dieser Struktur zu sprechen.

Molekulare Struktur von Oberflächenschichten.

Eine Molekülstruktur mit hochbeweglichen Elektronen wird als metallisch bezeichnet, da die charakteristischen Eigenschaften von Metallen davon abhängen. Die Elektronenmobilität wird maßgeblich durch den Abstand zwischen Atomen bestimmt.

Auch bei kovalenten, nicht lokalisierten Bindungen kommt es bei der Bildung eines Festkörpers nicht zu einer molekularen Struktur. Neben Valenzkräften spielen auch schwächere, sogenannte Polarisationskräfte eine wesentliche Rolle bei der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen.

Auch bei kovalenten, nicht lokalisierten Bindungen kommt es bei der Bildung eines Festkörpers nicht zu einer molekularen Struktur. Neben Valenzkräften spielen auch schwächere, sogenannte Polarisationskräfte eine wesentliche Rolle bei der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen.

Die molekulare Struktur solcher Salz-Polyelektrolyt-Komplexe kann für dasselbe Komponentenpaar unterschiedlich sein, abhängig von den Bedingungen, unter denen der Komplex gebildet wird.

Die in Abb. dargestellte Molekülstruktur 6, entspricht den Eigenschaften des Stoffes. Die intensive Linie bei 1541 cm-1, die aufgrund der Bildung koordinativer Doppelbindungen auftritt, liegt für das n-verknüpfte konjugierte System außergewöhnlich hoch.

Eine molekulare Struktur, die aus Schichten von Molekülen besteht, die nach der Fischgrätenmuster-Methode (Parkett) gepackt sind. Die Schichten liegen parallel zur (100)-Ebene, wobei die Längsachse des Moleküls senkrecht zu dieser Ebene steht.

Wissen Sie, Was ist ein Gedankenexperiment, ein Gedankenexperiment?
Dies ist eine nicht existierende Praxis, eine jenseitige Erfahrung, eine Vorstellung von etwas, das tatsächlich nicht existiert. Gedankenexperimente sind wie Wachträume. Sie bringen Monster zur Welt. Im Gegensatz zu einem physikalischen Experiment, bei dem es sich um einen experimentellen Test von Hypothesen handelt, ersetzt ein „Gedankenexperiment“ experimentelle Tests auf magische Weise durch gewünschte Schlussfolgerungen, die in der Praxis nicht getestet wurden, und manipuliert logische Konstruktionen, die tatsächlich die Logik selbst verletzen, indem unbewiesene Prämissen als bewiesene Prämissen verwendet werden ist, durch Substitution. Daher besteht die Hauptaufgabe der Antragsteller von „Gedankenexperimenten“ darin, den Zuhörer oder Leser zu täuschen, indem sie ein reales physikalisches Experiment durch seine „Puppe“ ersetzen – fiktive Argumentation auf Bewährung ohne die physische Überprüfung selbst.
Das Füllen der Physik mit imaginären „Gedankenexperimenten“ hat zur Entstehung eines absurden, surrealen, verwirrenden Bildes der Welt geführt. Ein echter Forscher muss solche „Bonbonpapiere“ von echten Werten unterscheiden.

Relativisten und Positivisten argumentieren, dass „Gedankenexperimente“ ein sehr nützliches Werkzeug sind, um Theorien (die auch in unserem Kopf entstehen) auf Konsistenz zu testen. Damit täuschen sie die Menschen, da jede Überprüfung nur von einer Quelle durchgeführt werden kann, die vom Überprüfungsgegenstand unabhängig ist. Der Antragsteller der Hypothese selbst kann kein Prüfer seiner eigenen Aussage sein, da der Grund für diese Aussage selbst das Fehlen von für den Antragsteller sichtbaren Widersprüchen in der Aussage ist.

Wir sehen dies am Beispiel von SRT und GTR, die sich zu einer Art Religion entwickelt haben, die die Wissenschaft und die öffentliche Meinung kontrolliert. Keine Menge Fakten, die ihnen widersprechen, können Einsteins Formel überwinden: „Wenn eine Tatsache nicht der Theorie entspricht, ändern Sie die Tatsache.“ (In einer anderen Version: „Entspricht die Tatsache nicht der Theorie? – Umso schlimmer für die Tatsache.“ “).

Das Maximum, das ein „Gedankenexperiment“ für sich beanspruchen kann, ist nur die innere Konsistenz der Hypothese im Rahmen der eigenen, oft keineswegs wahren Logik des Antragstellers. Dabei wird nicht die Einhaltung der Praxis überprüft. Eine echte Überprüfung kann nur in einem tatsächlichen physikalischen Experiment erfolgen.

Ein Experiment ist ein Experiment, weil es keine Verfeinerung des Denkens, sondern ein Test des Denkens ist. Ein Gedanke, der in sich konsistent ist, kann sich nicht selbst bestätigen. Dies wurde von Kurt Gödel bewiesen.