Hvad er et molekyle?

Hvad er et molekyle: i biologi, i kemi, i naturvidenskab, feks. Molekyler består af to eller flere atomer af de samme eller forskellige grundstoffer, der erstatter hinanden. I molekyleform kan atomer være homonukleære, som er sammensat af et grundstof af én type, som oxygen (O2), eller heteronukleære er sammensat af et element af mere end én type grundstof, som vand (H2O).

Hvert molekyle kan kategoriseres baseret på dets størrelse, kompleksitet og form. For eksempel består helium af kun et atom. Et molekyle dannes, når to atomer af samme grundstof kombineres. Som et eksempel forekommer oxygenmolekylet O2 hyppigst på jorden; den består af to iltatomer.

Et par iltatomer kan dog under visse forhold koble sig til en triplet (O3), som danner molekylet ozon. I modsætning hertil består kuldioxid (CO2) af et kulstofatom forbundet med to oxygenatomer, mens vand (H2O) indeholder to brintatomer og et oxygenatom. I svovlsyre udgør fire oxygenatomer strukturen (H2SO4), med to brintatomer og et svovlatom.

Det er umuligt at stoppe molekyler i at bevæge sig. Alle faste stoffer og væsker indeholder molekyler tæt pakket sammen. Mobiliteten af molekyler i et fast stof kan sammenlignes med hurtige vibrationer. I en væske kan molekyler frit bevæge sig rundt i et glidende mønster.

Densiteten af molekyler i en gas er ofte lavere end densiteten af den samme kemiske sammensætning i en væske eller et fast stof, og de bevæger sig endnu mere frit end i en væske. Hastigheden af molekylær bevægelse stiger, når den absolutte temperatur stiger for et bestemt molekyle i en given tilstand (fast, flydende eller gas).

Contents

I biologi

Et stof er sammensat af de mindste partikler med alle stoffets fysiske og kemiske egenskaber. Et eller flere atomer udgør hvert molekyle.

Hvis de indeholder mere end et atom, kan det enten være det samme atom (iltmolekylet indeholder to oxygenatomer) eller et andet atom (vandmolekylet indeholder to brintatomer og et oxygenatom). Det er almindeligt, at biologiske molekyler såsom proteiner og DNA indeholder hundredtusindvis af atomer.

Protein molekyler kan for eksempel indeholde hundredvis eller endda tusindvis af atomer, der kan være forbundet i lange kæder. Molekylerne kan nogle gange opføre sig mærkeligt i væsker, der indeholder dem. Selv efter at kolben er blevet genoprettet til sin opretstående stilling, kan der strømme en væske fra en kolbe, hvorfra noget af det er blevet hældt.

I kemi

Et stof, der består af de mindste partikler, der besidder alle dets fysiske og kemiske egenskaber. Atomer er de grundlæggende byggesten i molekyler.

Molekylære molekyler har en lige positiv og negativ ladning, hvis de er elektrisk neutrale. Dette molekyle oplever kræfter i henhold til, hvordan dets positive og negative ladninger er arrangeret og fordelt i rummet.

Hvis arrangementet af molekylerne er sfærisk symmetrisk, betragtes molekylet som upolært. I indstillingen af et elektrisk eller magnetisk felt har et molekyle et dipolmoment, hvor mængden af overskydende positiv ladning i den ene ende af molekylet er større end mængden af overskydende negativ ladning på den anden.

For at angive dens polaritet er den overskydende positive ladning i den ene ende større end mængden af negativ ladning i den anden ende. Molekylerne har en tendens til at trække mod orienteringer, der producerer tiltrækkende kræfter, når de har frihed til at rotere.

Polære stoffer (vandelskende) er hydrofile (elsker vand), mens ikke-polære forbindelser (lipidelskere) er lipofile (som lipider). Følgelig flyder lipidopløselige, upolære forbindelser frit hen over cellemembraner, da de opløses i den hydrofobe, upolære komponent af lipiddobbeltlaget.

I en cellemembran tillader ikke-polære lipid-dobbeltlag vand (et polært molekyle) at passere igennem, men mange andre polære molekyler er uigennemtrængelige, såsom ladede ioner eller molekyler med mange polære sidekæder. Lipidmembraner er i stand til at tillade polære forbindelser at rejse via specifikke transportmetoder.

Molekyler kan dannes ud fra en hvilken som helst kombination af atomer med et forudbestemt forhold; for eksempel har hvert vandmolekyle to brintatomer og et oxygenatom. Kemiske forbindelsers egenskaber gør dem anderledes end opløsninger og andre mekaniske blandinger.

I mekaniske kombinationer kan brint og oxygen være til stede i alle vilkårlige forhold, men når de antændes, vil disse ingredienser kun kombineres i henhold til specifikke proportioner for at producere vand (H2O).

Et molekyle kan dannes ved at parre den samme type atomer på forskellige, men lige så proportionale måder; for eksempel giver to brintatomer sammen med et oxygenatom et vandmolekyle, hvorimod to brintatomer sammen med to oxygenatomer giver et hydrogenperoxidmolekyle (H2O2). Derudover kan atomer binde sig sammen i identiske mængder for at skabe forskellige molekyler.

Et molekyle er en isomer, når dets atomer er arrangeret anderledes i molekylet. For eksempel indeholder en methylether (CH3OCH3) og en ethanol (CH3CH2OH) den samme mængde oxygen, kulstof og brint såvel som det samme antal hydrogenatomer. Deres atomer er dog forbundet på forskellige måder.

Forbindelser består ikke alle af den samme molekylære enhed. For eksempel er natriumchlorid (almindeligt bordsalt) sammensat af natriumioner og chlorioner arrangeret i en gitterstruktur, hver natriumion omgivet af seks ortogonale chlorioner og hver ortogonale natriumion af seks ortogonale natriumioner.

En ion af natrium eller klor i nærheden udøver de samme kræfter som enhver ion af natrium. Aggregeringen kan ikke genkendes som natriumchlorid, fordi der ikke er nogen tydelig aggregering. Som følge heraf har natriumchlorid og andre stoffer af lignende art ikke begrebet et kemisk molekyle. Således er formlen for en sådan forbindelse skrevet ud fra atomernes enkleste forhold, nogle gange omtalt som en formelenhed – i dette tilfælde natriumchlorid, NaCl.

Molekyler er bundet af kovalente bindinger, som er delte elektronpar. Bindinger med en rettet struktur har atomer orienteret på en bestemt måde i forhold til hinanden for at øge deres styrke.

Således er hvert molekyles struktur defineret og relativt stiv, fordi dets atomer er arrangeret på en fast måde. Kendt som valens i strukturkemi, beskriver dette koncept, hvordan atomer kombineres i specifikke forhold, og hvordan dette påvirker bindingslængder og -retninger.

Molekyle egenskaber er bundet til deres strukturer; for eksempel har vandmolekyler dipolmomenter på grund af strukturel bøjning, hvorimod kuldioxidmolekyler er lineære og mangler dipolmomenter.

I videnskaben

Betydningen af videnskabelige termer kommer ofte fra deres brug snarere end deres definition, som med betydningen af dagligdags ord. Ved beskrivelse af arter og magt er upræcis ikke et problem. Det samme kan siges om at beskrive molekyler.

En kemisk forbindelse kan ikke bestå af mere end to eller flere atomer bundet sammen af en kemisk binding, for eksempel, der er blevet defineret som den enkleste enhed af en forbindelse.

En partikel er en samling af to eller flere atomer, der er sammensat af stoffets kemiske og fysiske egenskaber. Ifølge en anden definition er det en samling af atomer, der er kemisk bundet sammen.

I modsætning hertil er den anden betydning, “den mindste partikel af et stof, hvori dets kvaliteter er bevaret,” i det væsentlige meningsløs. Beskriv partiklernes egenskaber.

Da smeltepunkt og andre bulk-egenskaber er de vigtigste egenskaber, kan vi konkludere, at størstedelen er bulk-attributter. Det er også bemærkelsesværdigt, at forestillingen om, at molekyler er sammensat af to eller flere atomer forbundet med kemiske bindinger rejser vanskelige spørgsmål om definitionen af bindinger (herunder van der Waals-kræfter og mekaniske bindinger) og skelnen mellem molekyler og ionkrystaller (som Gilbert) Lewis gjorde for et århundrede siden).

Ifølge Nature Chemistrys redaktør Stuart Cantrill skal catenaner og rotaxaner, som er sammensat af kovalent forbundne samlinger, der er mekanisk forbundet med hinanden (for eksempel gevindringe), klassificeres som molekyler, ikke supramolekylære. Kemikere fra andre gymnasier tilføjede deres synspunkter, hvilket forårsagede en (godmodig) Twitterstorm.

Egenskaber

Opdel en prøve af et stof i gradvist mindre dele, og du vil ikke ændre dets kemiske egenskaber eller sammensætning, før portioner bestående af enkelte molekyler er nået.

Efterfølgende underopdelinger af et stof resulterer typisk i mindre portioner med forskellige kemiske egenskaber og sammensætninger fra originalen. Når atomerne i molekylet er fragmenteret, brydes de kemiske bindinger, der holder dem sammen.

Under dannelsen af et atom er en enkelt positivt ladet kerne omgivet af en skive af negativt ladede elektroner. Når atomer er i umiddelbar nærhed af hinanden, interagerer elektronskyer mellem dem og med kernerne.

Atomerne bliver knyttet sammen for at danne molekyler, når systemets energi reduceres ved denne interaktion. Molekyler består fra et strukturelt synspunkt af et arrangement af atomer, der holdes sammen af valenskræfter.

To atomer er bundet sammen for at danne et diatomisk molekyle. Diatomiske molekyler har homonukleære konstruktioner, såsom oxygenmolekyler (O2), mens heteronukleære diatomiske molekyler har to atomer adskilt fra hinanden, såsom carbonmonoxidmolekyler (CO). Molekyler med mere end to atomer (H2O) er polyatomiske molekyler som kuldioxid (CO2) og vand. I polymermolekyler er der ofte mange komponentatomer.