Молекулы

Не следует путать с Малекула.

Моле́кула (новолатинское molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — наименьшая частица вещества, несущая его химические свойства.

Молекула состоит из двух или более атомов, характеризуется количеством входящих в неё атомных ядер и электронов, а также определённой структурой.

Обычно подразумевается, что молекулы нейтральны (не несут электрических зарядов) и не несут неспаренных электронов (все валентности насыщены); заряженные молекулы называют ионами, молекулы с мультиплетностью, отличной от единицы (т.е. с неспаренными электронами и ненасыщенными валентностями) - радикалами.

Молекулы, образованные сотнями или тысячами атомов называются макромолекулами. Особенности строения молекул определяют физические свойства вещества, состоящего из этих молекул.

Молекулы в классической теории химического строения

Шаро-стержневая модель молекулы диборана B₂H₆. Атомы бора показаны розовым, водорода - серым.
Центральные «мостиковые» атомы одновалентного водорода образуют с соседними атомами бора трёхцентровые связи.

Пространственная структура молекулы диборана.
Длины связей показаны серым, валентные углы - цветным.
Диэдральный угол между плоскостями периферических и мостиковых троек ядер H-B-H составляет 90°.

В классической теории химического строения молекула рассматривается как наименьшая стабильная частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

Молекула данного вещества имеет постоянный состав, то есть одинаковое количество атомов, объединённых главными взаимодействиями - химическими связями, при этом химическая индивидуальность молекулы определяется именно совокупностью и конфигурацией химических связей, то есть валентными взаимодействиями между входящими в её состав атомами, обеспечивающими её стабильность и основные свойства в достаточно широком диапазоне внешних условий. Невалентные взаимодействия (например, водородные связи), которые зачастую могут существенно влиять на свойства молекул и вещества, образуемого ими, в качества критерия индивидуальности молекулы не учитываются.

Центральным положением классической теории является положение о химической связи, при этом допускается наличие не только двухцентровых связей, объединяющих пары атомов, но и наличие многоцентровых (обычно трёхцентровых, иногда - четырёхцентровых) связей с «мостиковыми» атомами - как, например, мостиковых атомов водорода в боранах, природа химической связи в классической теории не рассматривается - учитываются лишь такие интегральные характеристики, как валентные углы, диэдральные углы (углы между плоскостями, образованными тройками ядер), длины связей и их энергии.

Таким образом, молекула в классической теории представляется динамической системой, в которой атомы рассматриваются как материальные точки и в которой атомы и связанные группы атомов могут совершать механические вращательные и колебательные движения относительно некоторой равновесной ядерной конфигурации, соответствующей минимуму энергии молекулы и рассматривается как система гармонических осцилляторов.

Молекулы в квантохимической теории химического строения

В квантохимической теории химического строения основными параметрами, определяющими индивидуальность молекулы, является её электронная и пространственная (стереохимическая) конфигурации. При этом в качестве электронной конфигурации, определяющей свойства молекулы принимается конфигурация с наинизшей энергией, т.е. основное энергетическое состояние..

Представление структуры молекул

Молекулы состоят из атомов, расположение которых в молекуле передаёт структурная формула (для передачи состава используется т. н. брутто-формула). Молекулы белков и некоторых искусственно синтезированных соединений могут содержать сотни тысяч атомов. Отдельно рассматриваются макромолекулы полимеров. Отнюдь не все химические вещества построены из молекул, равно как отнюдь не все молекулы отвечают химическим веществам, которые могут быть выделены и охарактеризованы в индивидуальном виде.

Молекулы являются объектом изучения теории строения молекул, квантовой химии, аппарат которых активно использует достижения квантовой физики, в том числе релятивистских её разделов. Также в настоящее время развивается такая область химии как молекулярный дизайн. Для определения строения молекул конкретного вещества современная наука располагает колоссальным набором средств: электронная спектроскопия, колебательная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс и многие другие, но единственными прямыми методами в настоящее время являются дифракционные методы, как то: рентгеноструктурный анализ и дифракция нейтронов.

Источники

• Molecule // IUPAC Gold Book
• Molecular entity // IUPAC Gold Book
• Молекула: Сайт о Химии
• Шредингер Э. Волновая теория механики атомов и молекул. УФН 1927
• Статья "Молекула" в Физической энциклопедии

Литература

• Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. - 162с.
• Бейдер Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория. М.: Мир, 2001. - 532c. ISBN 5-03-003363-7
• Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М. Теория строения молекул. М.: Высшая школа, 1979. - 408с.

Химический портал — мир химии, веществ и превращений на страницах Википедии.