شیمی ارگانیک. ساختار مولکولی. ساختار مولکولی ماده

(ساختار مولکولی)، آرایش نسبی اتم ها در مولکول ها. در طی واکنش‌های شیمیایی، اتم‌های موجود در مولکول‌های واکنش‌دهنده‌ها دوباره مرتب می‌شوند و ترکیبات جدیدی تشکیل می‌شوند. بنابراین، یکی از مسائل اساسی شیمیایی، روشن کردن آرایش اتم ها در ترکیبات اصلی و ماهیت تغییرات در هنگام تشکیل سایر ترکیبات از آنها است.

اولین ایده ها در مورد ساختار مولکول ها بر اساس تجزیه و تحلیل رفتار شیمیایی یک ماده بود. این ایده ها با انباشته شدن دانش در مورد خواص شیمیایی مواد پیچیده تر شدند. بکارگیری قوانین اساسی شیمی امکان تعیین تعداد و نوع اتم هایی را که مولکول یک ترکیب معین را تشکیل می دهند، ممکن ساخت. این اطلاعات در فرمول شیمیایی موجود است. با گذشت زمان، شیمیدانان متوجه شدند که یک فرمول شیمیایی برای مشخص کردن دقیق یک مولکول کافی نیست، زیرا مولکول های ایزومری وجود دارند که فرمول های شیمیایی یکسانی دارند اما خواص متفاوتی دارند. این واقعیت دانشمندان را به این باور رساند که اتم های یک مولکول باید توپولوژی خاصی داشته باشند که توسط پیوندهای بین آنها تثبیت شده است. این ایده اولین بار در سال 1858 توسط شیمیدان آلمانی F. Kekule بیان شد. با توجه به ایده های او، یک مولکول را می توان با استفاده از یک فرمول ساختاری به تصویر کشید، که نه تنها خود اتم ها، بلکه ارتباطات بین آنها را نیز نشان می دهد. پیوندهای بین اتمی نیز باید با آرایش فضایی اتم ها مطابقت داشته باشند. مراحل توسعه ایده ها در مورد ساختار مولکول متان در شکل 1 نشان داده شده است. 1. ساختار مطابق با داده های مدرن است جی: مولکول به شکل چهار وجهی منظم است که در مرکز آن یک اتم کربن و در رأس آن اتم های هیدروژن وجود دارد.

با این حال، چنین مطالعاتی در مورد اندازه مولکول ها چیزی نگفتند. این اطلاعات تنها با توسعه روش های فیزیکی مناسب در دسترس قرار گرفت. مشخص شد که مهمترین آنها پراش اشعه ایکس است. از الگوهای پراکندگی اشعه ایکس بر روی کریستال ها، تعیین موقعیت دقیق اتم ها در یک کریستال امکان پذیر شد و برای کریستال های مولکولی، امکان بومی سازی اتم ها در یک مولکول جداگانه وجود داشت. روش‌های دیگر شامل پراش الکترون‌ها هنگام عبور از گازها یا بخارات و تجزیه و تحلیل طیف چرخشی مولکول‌ها است.

تمام این اطلاعات فقط یک ایده کلی از ساختار مولکول می دهد. ماهیت پیوندهای شیمیایی به ما امکان می دهد نظریه کوانتومی مدرن را مطالعه کنیم. و اگرچه هنوز نمی توان ساختار مولکولی را با دقت کافی محاسبه کرد، همه داده های شناخته شده در مورد پیوندهای شیمیایی را می توان توضیح داد. وجود انواع جدیدی از پیوندهای شیمیایی حتی پیش بینی شده است.

کوندراتیف V.N. ساختار اتم ها و مولکول ها. م.، 1959
کولسون چ. ظرفیت. م.، 1965
اسلیتر جی. ساختار الکترونیکی مولکول ها. م.، 1965
Cartmell E.، Foles G. ظرفیت و ساختار مولکول ها. م.، 1979

پیدا کردن " ساختار مولکولی" بر

در هر یک از کتابخانه‌های بزرگ جهان، اتاق‌ها و قفسه‌های کتاب‌ها به‌ظاهر بی‌پایان امتداد دارند. تعداد جلدهای کتابخانه کنگره آمریکا به ده ها میلیون جلد می رسد. هر یک از آنها داستان های مختلف، تحلیل های دقیق، اسناد تاریخی - همه با نظرات خود را ارائه می دهند. اما همه این میلیون‌ها کتاب نوشته شده به زبان انگلیسی فقط از چند ده هزار کلمه تشکیل شده است و هر کلمه از ترکیبی از تنها 26 حرف - از A تا Z [ به علاوه فاصله، علائم نگارشی و اعداد - تقریبا. ترجمه].

در همین حال، همه ما در محاصره طیف وسیع و شگفت انگیزی از مواد زندگی می کنیم - از جمله موادی که انواع بسیاری از ساختارهای بیولوژیکی را تشکیل می دهند که بدن ما و تمام بدن حیوانات، گیاهان و سایر موجودات زنده را تشکیل می دهند. سیاره ای که ما در آن زندگی می کنیم از انواع مختلفی از سنگ ها تشکیل شده است، برخی سخت و شکننده، برخی انعطاف پذیر، با رنگ ها و بافت های مختلف. علاوه بر آب، الکل، اسیدها، قندها و روغن ها به اشکال مختلف داریم. غذای پخته شده در اجاق، عطرهای متفاوتی را آزاد می کند که ما از هوا استشمام می کنیم. به نمک ها، گچ و آلیاژها باید مواد مصنوعی از جمله انواع پلاستیک اضافه کنید. اما مهم است که به یاد داشته باشید که ثروت عظیم کتابخانه مواد شامل مجموعه ای کوچک (هر چند کاملاً متنوع) از مولکول ها است که به نوبه خود فقط از صد اتم تشکیل شده است - عناصری از H تا U و فراتر از آن (هیدروژن تا اورانیوم و فراتر از آن). ).

پیچیدگی زبان نوشتاری مانند انگلیسی با کلمات شروع می شود، اما پیچیدگی مواد با مولکول ها شروع می شود. به همین ترتیب، دستورالعمل‌های ساخت مجموعه وسیعی از اشکال بیولوژیکی را می‌توان در DNA – اسید دی‌اکسی ریبونوکلئیک – به‌ویژه در رشته‌های هجاهای سه‌مولکولی آن، که از چهار مولکول ساده، یعنی بازهای نوکلئوس تشکیل شده‌اند، رمزگذاری کرد. دلیل پیچیدگی بر اساس یک واقعیت ساده ریاضی است - طیف گسترده ای از ترکیبات می تواند از تعداد کمی از مواد تشکیل شود. یک عنصر کافی نیست. از حرف "الف" فقط می توانید ده کلمه مختلف بسازید که طول آنها از ده حرف تجاوز نمی کند: "a"، "aa"، "aaa" و غیره. اما از 26 حرف می توانید 26 2 کلمه دو حرفی، یعنی 676 و کلمات ده حرفی را دریافت کنید - حتی 141،167،095،653،376، بسیار بیشتر از آنچه برای زبان مورد نیاز است. فقط چند ده هزار کلمه انتخاب شده از بین میلیون ها یا میلیاردها کلمه بالقوه، برای خلق تمام ادبیات انگلیسی کافی است. همان اصول رشد تصاعدی در تعداد ترکیب‌ها باعث می‌شود که محیط ما فقط از صدها نوع اتم تشکیل شود، که می‌توانند به مولکول‌های بی‌شماری، با اندازه‌های متفاوت از چند اتم تا صدها و هزاران، تشکیل شوند.

با شروع با کلمات یا مولکول ها، می توان برای اهداف تحقیقاتی در دو جهت حرکت کرد. می توان تلاش کرد تا درک کرد که چگونه اشیاء پیچیده از مواد تشکیل دهنده آنها جمع می شوند: پشت وجود یک کتاب یا مجموعه ای از کتاب ها چه چیزی نهفته است؟ این ماده یا کلاس مواد از کجا آمده است؟ یا می‌توانیم در جهت دیگری حرکت کنیم و منبع حروف و اتم‌ها، بلوک‌های اصلی ساختمان را شناسایی کنیم.

هدف این مقاله و مقاله های بعدی پاسخ به سوال دوم از مولکول ها تا منشأ آنهاست. البته، مطالعه تنوع بسیار زیاد مواد موجود در طبیعت که به تعداد کتاب در کتابخانه کنگره وجود دارد، بسیار جالب است. اما، از سوی دیگر، منشأ مولکول‌ها و اتم‌ها موضوعی کمتر گسترده است. البته نمی توان گفت که پاسخ به این سوالات ساده و صریح است. او بسیاری از جزئیات شگفت انگیز و غیرمنتظره فیزیک اتمی، هسته ای و ذرات (یا انرژی بالا) را فاش می کند. همانطور که در مورد منبع حروف الفبا، آنها بزرگتر و جالب تر از چیزی هستند که در ابتدا تصور می شود. منجر به اکتشافاتی می شود که فراتر از خواص ساده مواد است. او فیزیک را به درک نور، خورشید و سایر ستارگان، تاریخ زمین، فضا و زمان و جهانی که زمین و خورشید از طریق آن سفر می کنند، هدایت می کند.

اما قبل از آن، چند سوال دیگر وجود دارد که باید بررسی شود. چگونه بفهمیم که همه مواد از مولکول ساخته شده اند؟ از نظر تاریخی، پاسخ به این سوال از طریق زنجیره های منطقی پیچیده و تنوع عظیمی از آزمایش های علمی به دست آمده است. تا همین اواخر، وجود مولکول‌ها را فقط می‌توان حدس زد، نه مستقیم، بلکه به طور متقاعدکننده‌ای بر اساس تحلیل‌های علمی حیله‌گر و آزمایش‌های شیمیایی. امروز می توانیم پاسخ ساده تری بدهیم - زیرا امروز می توانیم مولکول ها را "ببینیم". ما آنها را از طریق میکروسکوپ می بینیم، البته نه از انواع کلاسیک که می توانید روی میز بگذارید و از طریق چشمی به آنها نگاه کنید. اینها میکروسکوپهای نیروی اتمی هستند و نحوه مشاهده آنها بیشتر شبیه خواندن خط بریل است. اما آنها وظیفه خود را انجام می دهند. آنها به دانشمندان اجازه می دهند از مواد عکس بگیرند و ساختار آنها را با جزئیات بررسی کنند و پیش بینی های قبلی در مورد آن را تأیید کنند. آنها حتی اسرار قبلی مولکول های خاص را حل کردند. روش‌های جدید به شما امکان می‌دهند مستقیماً همه آرگومان‌های غیرمستقیم را آزمایش کنید. نه اینکه ما به آنها شک کنیم، زیرا آنها اغلب با موفقیت در پیش بینی نتیجه واکنش های شیمیایی و در طراحی و ایجاد مواد جدید استفاده شده اند! با این حال، خوب است بدانید که این بحث انتزاعی نیست: مولکول ها وجود دارند و با فناوری مدرن می توانیم مستقیماً آنها را شناسایی کنیم.

در مقاله بعدی به اتم ها، از چه چیزی ساخته شده اند و چگونه مولکول ها از آنها ساخته می شوند، خواهیم پرداخت.

تمام اجسامی که ما را احاطه کرده اند از اتم ساخته شده اند. اتم ها به نوبه خود به مولکول تبدیل می شوند. به لطف تفاوت در ساختار مولکولی است که می توانیم در مورد موادی که با یکدیگر متفاوت هستند، بر اساس خواص و پارامترهای آنها صحبت کنیم. مولکول ها و اتم ها همیشه در حالت پویایی هستند. در حین حرکت، آنها هنوز در جهات مختلف پراکنده نمی شوند، بلکه در ساختار خاصی نگه داشته می شوند که ما مدیون وجود چنین تنوع عظیمی از مواد در کل دنیای اطراف خود هستیم. این ذرات چیست و چه خواصی دارند؟

مفاهیم کلی

اگر از نظریه مکانیک کوانتومی شروع کنیم، یک مولکول نه از اتم ها، بلکه از هسته ها و الکترون های آنها تشکیل شده است که دائماً با یکدیگر تعامل دارند.

برای برخی از مواد، یک مولکول کوچکترین ذره ای است که دارای ترکیب و خواص شیمیایی خود ماده است. بنابراین، خواص مولکول ها از دیدگاه شیمی با ترکیب آن تعیین می شود. اما فقط برای مواد با ساختار مولکولی این قانون اعمال می شود: مواد شیمیایی و مولکول ها یکسان هستند. برای برخی از پلیمرها مانند اتیلن و پلی اتیلن، ترکیب با ترکیب مولکولی مطابقت ندارد.

مشخص است که خواص مولکول ها نه تنها با تعداد اتم ها و نوع آنها، بلکه با پیکربندی و ترتیب اتصال نیز تعیین می شود. مولکول یک ساختار معماری پیچیده است که در آن هر عنصر در جای خود می ایستد و همسایگان خاص خود را دارد. ساختار اتمی می تواند کم و بیش سفت و سخت باشد. هر اتم در اطراف موقعیت تعادل خود می لرزد.

پیکربندی و پارامترها

این اتفاق می افتد که برخی از بخش های یک مولکول نسبت به قسمت های دیگر می چرخند. بنابراین، در فرآیند حرکت حرارتی، یک مولکول آزاد اشکال (پیکربندی) عجیبی به خود می گیرد.

اساساً خواص مولکول ها با پیوند (نوع آن) بین اتم ها و معماری خود مولکول (ساختار، شکل) تعیین می شود. بنابراین، اول از همه، نظریه عمومی شیمیایی پیوندهای شیمیایی را در نظر می گیرد و بر اساس خواص اتم ها است.

با قطبیت قوی، توصیف خواص مولکول ها با همبستگی های دو یا سه ثابت دشوار است، که برای مولکول های غیر قطبی عالی هستند. بنابراین، یک پارامتر اضافی با یک ممان دوقطبی معرفی شد. اما این روش همیشه موفق نیست، زیرا مولکول های قطبی ویژگی های فردی دارند. پارامترهایی نیز برای در نظر گرفتن اثرات کوانتومی، که در دماهای پایین مهم هستند، پیشنهاد شده‌اند.

در مورد مولکول رایج ترین ماده روی زمین چه می دانیم؟

از بین تمام مواد موجود در سیاره ما، رایج ترین آنها آب است. این به معنای واقعی کلمه زندگی را برای همه چیز روی زمین فراهم می کند. فقط ویروس ها می توانند بدون آن کار کنند. چه خواصی از مولکول آب که فقط مشخصه آن است در زندگی اقتصادی انسان و طبیعت زنده زمین استفاده می شود؟

این واقعا یک ماده منحصر به فرد است! هیچ ماده دیگری نمی تواند به مجموعه ای از خواص ذاتی آب ببالد.

آب حلال اصلی در طبیعت است. تمام واکنش هایی که در موجودات زنده رخ می دهد، به هر طریقی، در یک محیط آبی رخ می دهد. یعنی مواد در حالت حل شده واکنش نشان می دهند.

آب ظرفیت گرمایی بسیار خوبی دارد، اما هدایت حرارتی پایینی دارد. به لطف این ویژگی ها، می توانیم از آن برای انتقال گرما استفاده کنیم. این اصل در مکانیسم خنک کننده تعداد زیادی از موجودات گنجانده شده است. در انرژی هسته ای، خواص مولکول آب باعث استفاده از این ماده به عنوان خنک کننده شد. آب علاوه بر توانایی محیطی واکنش پذیر برای سایر مواد، خود می تواند وارد واکنش هایی شود: فتولیز، هیدراتاسیون و غیره.

آب خالص طبیعی مایعی است بی بو، بی رنگ و بی مزه. اما در ضخامت لایه بیشتر از 2 متر رنگ مایل به آبی می شود.

کل مولکول آب یک دوقطبی است (دو قطب مخالف). این ساختار دوقطبی است که عمدتاً خواص غیرعادی این ماده را تعیین می کند. مولکول آب دیامغناطیس است.

آب مذاب خاصیت جالب دیگری دارد: مولکول آن ساختار نسبت طلایی را به دست می آورد و ساختار ماده نسبت های مقطع طلایی را به دست می آورد. بسیاری از خواص مولکول آب با تجزیه و تحلیل طیف باند جذب و انتشار در فاز گاز مشخص شده است.

تاریخ طبیعی و خواص مولکولی

همه مواد، به جز مواد شیمیایی، دارای خواص فیزیکی مولکول های موجود در ساختار خود هستند.

در علم فیزیک از مفهوم مولکول برای توضیح خواص جامدات، مایعات و گازها استفاده می شود. توانایی همه مواد برای انتشار، ویسکوزیته آنها، هدایت حرارتی و سایر خواص توسط تحرک مولکول ها تعیین می شود. زمانی که فیزیکدان فرانسوی ژان پرین حرکت براونی را مطالعه کرد، به طور تجربی وجود مولکول ها را ثابت کرد. همه موجودات زنده به دلیل یک تعامل داخلی متعادل در ساختار وجود دارند. تمام خواص شیمیایی و فیزیکی مواد برای علوم طبیعی اهمیت اساسی دارد. توسعه فیزیک، شیمی، زیست شناسی و فیزیک مولکولی باعث پیدایش علم زیست شناسی مولکولی شد که به مطالعه پدیده های اساسی در زندگی می پردازد.

با استفاده از ترمودینامیک آماری، خواص فیزیکی مولکول‌ها که با روش‌های طیف‌سنجی مولکولی تعیین می‌شوند، در شیمی فیزیک، مواد لازم برای محاسبه تعادل‌های شیمیایی و میزان استقرار آن را تعیین می‌کنند.

خواص اتم ها و مولکول ها چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

اول از همه، اتم ها در حالت آزاد وجود ندارند.

مولکول ها طیف نوری غنی تری دارند. این به دلیل تقارن کمتر سیستم و ظهور امکان چرخش و نوسانات جدید هسته ها است. برای یک مولکول، کل انرژی از سه انرژی تشکیل شده است که در ترتیب بزرگی اجزاء متفاوت هستند:

• پوسته الکترونیکی (تابش نوری یا فرابنفش)؛
• ارتعاشات هسته ای (بخش مادون قرمز از طیف)؛
• چرخش مولکول به عنوان یک کل (محدوده فرکانس رادیویی).

اتم‌ها گسیل‌های مشخصی را منتشر می‌کنند و مولکول‌ها نوارهایی را منتشر می‌کنند که از خطوط بسیار نزدیک تشکیل شده‌اند.

تحلیل طیفی

خواص نوری، الکتریکی، مغناطیسی و سایر خواص یک مولکول نیز با ارتباط با داده های مربوط به حالات مولکول ها تعیین می شود و انتقال احتمالی بین آنها توسط طیف های مولکولی نشان داده می شود.

انتقال (الکترونیکی) در مولکول ها پیوندهای شیمیایی و ساختار پوسته الکترونیکی آنها را نشان می دهد. طیف هایی با تعداد پیوندهای بیشتر دارای نوارهای جذب موج بلند هستند که در ناحیه مرئی می افتند. اگر ماده ای از چنین مولکولی تشکیل شده باشد، رنگ مشخصی دارد. این همه است

خواص مولکول های یک ماده در تمام حالت های تجمع یکسان است. این بدان معناست که برای همان مواد، خواص مولکول های مواد مایع و گاز با خواص جامدات تفاوتی ندارد. یک مولکول یک ماده، صرف نظر از وضعیت تجمع خود ماده، همیشه ساختار یکسانی دارد.

مشخصات الکتریکی

نحوه رفتار یک ماده در میدان الکتریکی با ویژگی های الکتریکی مولکول ها تعیین می شود: قطبش پذیری و گشتاور دوقطبی دائمی.

گشتاور دوقطبی عدم تقارن الکتریکی یک مولکول است. مولکول هایی که دارای مرکز تقارن هستند، مانند H2، گشتاور دوقطبی دائمی ندارند. توانایی پوسته الکترونی یک مولکول برای حرکت تحت تأثیر میدان الکتریکی که در نتیجه آن یک گشتاور دوقطبی القایی در آن ایجاد می شود، قطبی پذیری است. برای یافتن مقدار قطبش پذیری و گشتاور دوقطبی، اندازه گیری ثابت دی الکتریک ضروری است.

رفتار یک موج نور در یک میدان الکتریکی متناوب با ویژگی های نوری یک ماده مشخص می شود که توسط قطبش پذیری مولکول این ماده تعیین می شود. ارتباط مستقیم با قطبش پذیری عبارتند از: پراکندگی، شکست، فعالیت نوری و سایر پدیده های نوری مولکولی.

اغلب می توانید این سوال را بشنوید: "خواص یک ماده، علاوه بر مولکول ها، به چه چیزی بستگی دارد؟" جواب بسیار ساده است.

خواص مواد، علاوه بر ایزومتریک و ساختار بلوری، با دمای محیط، خود ماده، فشار و وجود ناخالصی ها تعیین می شود.

شیمی مولکول ها

قبل از شکل گیری علم مکانیک کوانتومی، ماهیت پیوندهای شیمیایی در مولکول ها یک معمای حل نشده بود. فیزیک کلاسیک نمی تواند جهت و اشباع پیوندهای ظرفیت را توضیح دهد. پس از ایجاد اطلاعات نظری پایه در مورد پیوندهای شیمیایی (1927) با استفاده از مثال ساده ترین مولکول H2، تئوری و روش های محاسبه به تدریج شروع به بهبود کردند. به عنوان مثال، بر اساس استفاده گسترده از روش مداری مولکولی و شیمی کوانتومی، محاسبه فواصل بین اتمی، انرژی مولکول‌ها و پیوندهای شیمیایی، توزیع چگالی الکترون و سایر داده‌هایی که کاملاً با داده‌های تجربی منطبق بود امکان‌پذیر شد.

موادی با ترکیب یکسان، اما ساختار شیمیایی متفاوت و خواص متفاوت، ایزومرهای ساختاری نامیده می شوند. آنها فرمول های ساختاری متفاوتی دارند، اما فرمول های مولکولی یکسانی دارند.

انواع مختلفی از ایزومریسم ساختاری شناخته شده است. تفاوت ها در ساختار اسکلت کربن، موقعیت گروه عملکردی یا موقعیت پیوند چندگانه نهفته است. علاوه بر این، هنوز هم ایزومرهای فضایی وجود دارد که در آنها خواص مولکول ماده با همان ترکیب و ساختار شیمیایی مشخص می شود. بنابراین، هر دو فرمول ساختاری و مولکولی آنها یکسان است. تفاوت ها در شکل فضایی مولکول نهفته است. برای به تصویر کشیدن ایزومرهای فضایی مختلف، از فرمول های خاصی استفاده می شود.

ترکیباتی هستند که به آنها همولوگ می گویند. آنها از نظر ساختار و خواص مشابه هستند، اما در ترکیب با یک یا چند گروه CH2 متفاوت هستند. تمام موادی که از نظر ساختار و خواص مشابه هستند در سری های همولوگ متحد می شوند. پس از مطالعه خواص یک همولوگ، می توانید در مورد هر یک از آنها صحبت کنید. مجموعه همولوگ ها یک سریال همسانی است.

هنگامی که ساختار ماده تغییر شکل می دهد، خواص شیمیایی مولکول ها به طور چشمگیری تغییر می کند. حتی ساده ترین ترکیبات به عنوان مثال عمل می کنند: متان، با حتی یک اتم اکسیژن ترکیب می شود، به مایع سمی به نام متانول (متیل الکل - CH3OH) تبدیل می شود. بر این اساس، مکمل شیمیایی و تأثیر آن بر موجودات زنده متفاوت می شود. تغییرات مشابه، اما پیچیده تری در هنگام اصلاح ساختار مولکول های زیستی رخ می دهد.

خواص مولکولی شیمیایی به شدت به ساختار و خواص مولکول ها بستگی دارد: به پیوندهای انرژی در آن و هندسه خود مولکول. این به ویژه در ترکیبات فعال بیولوژیکی خوب عمل می کند. اینکه کدام واکنش رقیب غالب خواهد بود اغلب فقط توسط عوامل فضایی تعیین می شود که به نوبه خود به مولکول های اولیه (پیکربندی آنها) بستگی دارد. یک مولکول با پیکربندی "ناخوشایند" به هیچ وجه واکنش نشان نمی دهد، در حالی که دیگری، با همان ترکیب شیمیایی اما هندسه متفاوت، می تواند فورا واکنش نشان دهد.

تعداد زیادی از فرآیندهای بیولوژیکی مشاهده شده در طول رشد و تولید مثل با روابط هندسی بین محصولات واکنش و مواد اولیه مرتبط است. برای اطلاع شما: اثر تعداد قابل توجهی از داروهای جدید مبتنی بر ساختار مولکولی مشابه برخی از ترکیبات است که از نظر بیولوژیکی برای بدن انسان مضر است. دارو جای مولکول مضر را می گیرد و عمل را دشوار می کند.

فرمول های شیمیایی برای بیان ترکیب و خواص مولکول های مواد مختلف استفاده می شود. بر اساس وزن مولکولی، نسبت اتمی تعیین می شود و یک فرمول تجربی تدوین می شود.

هندسه

ساختار هندسی یک مولکول با در نظر گرفتن آرایش تعادلی هسته های اتم تعیین می شود. انرژی برهمکنش بین اتم ها به فاصله بین هسته اتم ها بستگی دارد. در فواصل بسیار زیاد این انرژی صفر است. با نزدیک شدن اتم ها به یکدیگر، یک پیوند شیمیایی شروع به تشکیل می کند. سپس اتم ها به شدت به یکدیگر جذب می شوند.

اگر جاذبه ضعیفی مشاهده شود، تشکیل پیوند شیمیایی ضروری نیست. اگر اتم‌ها شروع به نزدیک شدن به فواصل نزدیک‌تر کنند، نیروهای دافعه الکترواستاتیکی شروع به عمل بین هسته‌ها می‌کنند. یک مانع برای نزدیک شدن به اتم ها، ناسازگاری لایه های الکترونی داخلی آنهاست.

ابعاد

دیدن مولکول ها با چشم غیرمسلح غیرممکن است. آنها به قدری کوچک هستند که حتی یک میکروسکوپ با بزرگنمایی 1000 برابری به دیدن آنها کمک نمی کند. زیست شناسان باکتری هایی با اندازه 0.001 میلی متر را مشاهده می کنند. اما مولکول ها صدها و هزاران بار کوچکتر از آنها هستند.

امروزه ساختار مولکول های یک ماده خاص با روش های پراش تعیین می شود: پراش نوترون، تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس. طیف‌سنجی ارتعاشی و روش پارامغناطیس الکترونی نیز وجود دارد. انتخاب روش بستگی به نوع ماده و شرایط آن دارد.

اندازه یک مولکول با در نظر گرفتن پوسته الکترونی یک مقدار نسبی است. نکته فاصله الکترون ها از هسته اتم است. هرچه بزرگتر باشند، احتمال یافتن الکترون های مولکول کمتر است. در عمل، اندازه مولکول ها را می توان با در نظر گرفتن فاصله تعادل تعیین کرد. این فاصله‌ای است که مولکول‌ها می‌توانند وقتی به صورت متراکم در یک کریستال مولکولی و در یک مایع بسته می‌شوند، نزدیک‌تر شوند.

فواصل زیاد تمایل به جذب مولکول ها دارند و فواصل کوچک، برعکس، تمایل به دفع دارند. بنابراین، تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس کریستال های مولکولی به یافتن اندازه مولکول کمک می کند. با استفاده از ضریب انتشار، هدایت حرارتی و ویسکوزیته گازها و همچنین چگالی ماده در حالت متراکم، می توان ترتیب بزرگی اندازه های مولکولی را تعیین کرد.

صفحه 1

ساختارهای مولکولی مبتنی بر اسیدهای چرب، مشتقات آنها، ویتامین ها، پورفیرین ها و پپتیدها قادر به تقلید از فرآیندهای بیولوژیکی هستند که در طبیعت رخ می دهند و در مطالعات بیوفیزیکی و بیوشیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند.  

ساختار مولکولی در یک جامد توسط برهمکنش قوی بین مولکول‌ها تعیین می‌شود که منجر به ارتعاشات آنها در اطراف مراکز ثابت می‌شود که با موقعیت‌های تعادلی مولکول‌ها تحت تأثیر میدان‌های نیرویی که توسط سیستمی از مولکول‌ها تشکیل می‌شوند، منطبق است. این موقعیت های تعادلی که در فضا بی حرکت هستند، پایدار هستند. آنها می توانند یک سیستم منظم و تناوبی را تشکیل دهند که با مشخصه شبکه بلوری ریزساختار جامدات کریستالی مطابقت دارد، یا می توانند در حالت آمورف خود به طور تصادفی پراکنده شوند. در حالت دوم، به دلیل از دست دادن پایداری، تمایل به تبدیل ساختار آمورف به یک ساختار بلوری وجود دارد. با این حال، مدت زمان این انتقال به قدری قابل توجه است که هر دو حالت کریستالی و آمورف جامدات در واقع مشاهده می شود. خواص مشخصه ساختار مولکولی (اتمی) یک جامد در تمام طول آن حفظ می شود، که به ما امکان می دهد در مورد حضور هر دو ردیف کوتاه و بلند در این ساختار صحبت کنیم.  

ساختار مولکولی لایه های سطحی  

ساختار مولکولی با الکترون های بسیار متحرک فلزی نامیده می شود، زیرا خواص مشخصه فلزات به این بستگی دارد. تحرک الکترون تا حد زیادی با فاصله بین اتم ها تعیین می شود.  

همچنین هیچ ساختار مولکولی در طول تشکیل یک جامد در مورد پیوندهای کووالانسی غیر موضعی وجود ندارد. علاوه بر نیروهای ظرفیتی، نیروهای ضعیف تر و به اصطلاح قطبش نیز نقش مهمی در برهمکنش اتم ها و مولکول ها دارند.  

همچنین هیچ ساختار مولکولی در هنگام تشکیل یک جامد در مورد پیوندهای کووالانسی غیر موضعی وجود ندارد. علاوه بر نیروهای ظرفیتی، نیروهای ضعیف تر و به اصطلاح قطبش نیز نقش مهمی در برهمکنش اتم ها و مولکول ها دارند.  

ساختار مولکولی چنین کمپلکس های پلی الکترولیت نمکی بسته به شرایطی که در آن کمپلکس تشکیل می شود، می تواند برای یک جفت جزء متفاوت باشد.  

ساختار مولکولی نشان داده شده در شکل. 6، مطابق با خواص ماده است. خط شدید در 1541 سانتی متر-1، که به دلیل تشکیل پیوندهای دوگانه هماهنگی ظاهر می شود، برای سیستم مزدوج متصل به n بسیار بالا است.  

یک ساختار مولکولی متشکل از لایه‌هایی از مولکول‌هایی که با استفاده از روش استخوان ماهی (پارکت) بسته‌بندی شده‌اند. لایه ها موازی با صفحه (100) هستند و محور طولانی مولکول عمود بر این صفحه قرار دارد.  

آیا میدانستید، آزمایش فکری، آزمایش گدانکن چیست؟
این یک عمل غیرموجود، یک تجربه ی ماورایی، تخیل چیزی است که در واقع وجود ندارد. آزمایش های فکری مانند رویاهای بیداری هستند. آنها هیولا به دنیا می آورند. بر خلاف آزمایش فیزیکی، که یک آزمون آزمایشی فرضیه‌ها است، یک «آزمایش فکری» به طور جادویی آزمایش تجربی را با نتایج دلخواه جایگزین می‌کند که در عمل آزمایش نشده‌اند، و ساختارهای منطقی را که در واقع خود منطق را نقض می‌کنند با استفاده از مقدمات اثبات‌نشده به‌عنوان موارد اثبات‌شده، دستکاری می‌کند. است، با جایگزینی. بنابراین، وظیفه اصلی متقاضیان "آزمایش های فکری" فریب شنونده یا خواننده با جایگزینی یک آزمایش فیزیکی واقعی با "عروسک" آن است - استدلال ساختگی در آزادی مشروط بدون تأیید فیزیکی خود.
پر کردن فیزیک با "آزمایش های فکری" خیالی منجر به ظهور تصویری پوچ، سورئال و گیج از جهان شده است. یک محقق واقعی باید چنین "نبات های بسته بندی" را از ارزش های واقعی تشخیص دهد.

نسبی‌گرایان و پوزیتیویست‌ها استدلال می‌کنند که «آزمایش‌های فکری» ابزار بسیار مفیدی برای آزمایش تئوری‌ها (همچنین در ذهن ما) برای سازگاری است. در این کار آنها مردم را فریب می دهند، زیرا هر تأییدی فقط می تواند توسط منبعی مستقل از هدف تأیید انجام شود. خود متقاضی فرضیه نمی تواند آزمونی برای اظهارات خود باشد، زیرا دلیل این اظهارات خود عدم وجود تناقض در بیانیه قابل مشاهده برای متقاضی است.

این را در مثال SRT و GTR می بینیم که به نوعی دین کنترل کننده علم و افکار عمومی تبدیل شده اند. هیچ مقدار واقعیتی که با آنها در تضاد باشد نمی تواند بر فرمول انیشتین غلبه کند: "اگر واقعیتی با نظریه مطابقت ندارد، واقعیت را تغییر دهید" (در نسخه دیگری، "آیا واقعیت با نظریه مطابقت ندارد؟ - برای واقعیت خیلی بدتر است. ”).

حداکثر چیزی که یک «آزمایش فکری» می تواند ادعا کند، فقط سازگاری درونی فرضیه در چارچوب منطق خود متقاضی است که اغلب به هیچ وجه درست نیست. این انطباق با عمل را بررسی نمی کند. راستی‌آزمایی واقعی فقط می‌تواند در یک آزمایش فیزیکی واقعی انجام شود.

آزمایش یک آزمایش است زیرا پالایش فکر نیست، بلکه یک آزمایش فکر است. فکری که خودسازگار است نمی تواند خود را تأیید کند. این را کورت گودل ثابت کرد.