Vad är en molekyl?

Vad är en molekyl: i biologi, i kemi, i naturvetenskap, till exempel. Molekyler består av två eller flera atomer av samma eller olika grundämnen som ersätter varandra. I molekylform kan atomer vara homonukleära, som är sammansatta av ett element av en typ, som syre (O2), eller heteronukleära är sammansatt av ett element av mer än en typ av element, som vatten (H2O).

Varje molekyl kan kategoriseras utifrån dess storlek, komplexitet och form. Till exempel består helium av bara en atom. En molekyl bildas när två atomer av samma grundämne kombineras. Som ett exempel förekommer syremolekylen O2 oftast på jorden; den består av två syreatomer.

Ett par syreatomer kan dock länkas till en triplett (O3) under vissa förhållanden, som bildar molekylen ozon. Däremot består koldioxid (CO2) av en kolatom kopplad till två syreatomer, medan vatten (H2O) innehåller två väteatomer och en syreatom. I svavelsyra utgör strukturen fyra syreatomer (H2SO4), med två väteatomer och en svavelatom.

Det är omöjligt att stoppa molekyler från att röra sig. Alla fasta ämnen och vätskor innehåller molekyler som är tätt packade. Molekylernas rörlighet i ett fast ämne kan jämföras med snabba vibrationer. I en vätska kan molekyler fritt röra sig i ett glidmönster.

Molekylernas täthet i en gas är ofta lägre än den för samma kemiska sammansättning i en vätska eller fast substans, och de rör sig ännu mer fritt än i en vätska. Hastigheten för molekylär rörelse ökar när den absoluta temperaturen stiger för en viss molekyl i ett givet tillstånd (fast, flytande eller gas).

Contents

I biologi

Ett ämne är sammansatt av de minsta partiklarna med alla de fysiska och kemiska egenskaperna hos det ämnet. En eller flera atomer utgör varje molekyl.

Om de innehåller mer än en atom kan det antingen vara samma atom (syremolekylen innehåller två syreatomer) eller en annan atom (vattenmolekylen innehåller två väteatomer och en syreatom). Det är vanligt att biologiska molekyler som proteiner och DNA innehåller hundratusentals atomer.

Proteinmolekyler kan till exempel innehålla hundratals eller till och med tusentals atomer som kan vara sammankopplade i långa kedjor. Molekylerna kan ibland bete sig konstigt i vätskor som innehåller dem. Även efter att kolven har återställts till sitt upprätt läge kan en vätska rinna från en kolv från vilken en del av den har hällts.

I kemi

Ett ämne som består av de minsta partiklarna som har alla dess fysikaliska och kemiska egenskaper. Atomer är de grundläggande byggstenarna för molekyler.

Molekylära molekyler har lika positiv och negativ laddning om de är elektriskt neutrala. Denna molekyl upplever krafter enligt hur dess positiva och negativa laddningar är ordnade och fördelade i rymden.

Om arrangemanget av molekylerna är sfäriskt symmetriskt anses molekylen vara opolär. Vid inställningen av ett elektriskt eller magnetiskt fält har en molekyl ett dipolmoment, där mängden överskott av positiv laddning på ena änden av molekylen är större än mängden överskott av negativ laddning på den andra.

För att indikera dess polaritet är överskottet av positiv laddning i ena änden större än mängden negativ laddning i den andra änden. Molekylerna tenderar att dras mot orienteringar som producerar attraktionskrafter när de har friheten att rotera.

Polära ämnen (vattenälskande) är hydrofila (älskar vatten) medan opolära föreningar (lipidälskare) är lipofila (som lipider). Följaktligen flyter lipidlösliga, opolära föreningar fritt över cellmembranen eftersom de löser sig i den hydrofoba, opolära komponenten av lipiddubbelskiktet.

I ett cellmembran tillåter opolära lipidbilager vatten (en polär molekyl) att passera igenom, men många andra polära molekyler är ogenomträngliga, såsom laddade joner eller molekyler med många polära sidokedjor. Lipidmembran kan tillåta polära föreningar att färdas via specifika transportmetoder.

Molekyler kan bildas från vilken kombination av atomer som helst med ett förutbestämt förhållande; till exempel har varje vattenmolekyl två väteatomer och en syreatom. Kemiska föreningars egenskaper gör att de skiljer sig från lösningar och andra mekaniska blandningar.

I mekaniska kombinationer kan väte och syre vara närvarande i alla godtyckliga förhållanden, men när de antänds kommer dessa ingredienser endast att kombineras enligt specifika proportioner för att producera vatten (H2O).

En molekyl kan bildas genom att para ihop samma typ av atomer på distinkta men lika proportionella sätt; till exempel ger två väteatomer tillsammans med en syreatom en vattenmolekyl, medan två väteatomer tillsammans med två syreatomer ger en väteperoxidmolekyl (H2O2). Dessutom kan atomer binda ihop i identiska mängder för att skapa olika molekyler.

En molekyl är en isomer när dess atomer är ordnade på olika sätt i molekylen. Till exempel innehåller en metyleter (CH3OCH3) och en etanol (CH3CH2OH) samma mängd syre, kol och väte samt samma antal väteatomer. Men deras atomer är sammankopplade på olika sätt.

Föreningar består inte alla av samma molekylära enhet. Till exempel är natriumklorid (vanligt bordssalt) sammansatt av natriumjoner och klorjoner arrangerade i en gitterstruktur, varje natriumjon omgiven av sex ortogonala klorjoner och varje ortogonal natriumjon av sex ortogonala natriumjoner.Föreningar består inte alla av samma molekylära enhet. Till exempel är natriumklorid (vanligt bordssalt) sammansatt av natriumjoner och klorjoner arrangerade i en gitterstruktur, varje natriumjon omgiven av sex ortogonala klorjoner och varje ortogonal natriumjon av sex ortogonala natriumjoner.

En jon av natrium eller klor i närheten utövar samma krafter som alla joner av natrium. Aggregeringen kan inte erkännas som natriumklorid eftersom det inte finns någon distinkt aggregering. Som ett resultat har natriumklorid och andra ämnen av liknande karaktär inte begreppet en kemisk molekyl. Således skrivs formeln för en sådan förening utifrån atomernas enklaste förhållande, ibland kallad en formelenhet – i det här fallet natriumklorid, NaCl.

Molekyler är bundna av kovalenta bindningar, som är delade elektronpar. Bindningar med en riktad struktur har atomer orienterade på ett specifikt sätt i förhållande till varandra för att öka deras styrka.

Således är varje molekyls struktur definierad och relativt stel eftersom dess atomer är ordnade på ett fixerat sätt. Känd som valens i strukturkemi, beskriver detta koncept hur atomer kombineras i specifika förhållanden och hur detta påverkar bindningslängder och riktningar.

Molekylegenskaper är knutna till deras strukturer; till exempel har vattenmolekyler dipolmoment på grund av strukturell böjning, medan koldioxidmolekyler är linjära och saknar dipolmoment.

I vetenskap

Betydelsen av vetenskapliga termer kommer ofta från deras användning snarare än deras definition, som med betydelsen av vardagliga ord. När man beskriver arter och makt är oprecision inte ett problem. Detsamma kan sägas för att beskriva molekyler.

En kemisk förening kan inte bestå av mer än två eller flera atomer bundna tillsammans av en kemisk bindning, till exempel, som har definierats som den enklaste enheten av en förening.

En partikel är en samling av två eller flera atomer som är sammansatt av ämnets kemiska och fysikaliska egenskaper. Enligt en annan definition är det en samling atomer som är kemiskt bundna till varandra.

Däremot är den andra betydelsen, ”den minsta partikeln av ett ämne där dess egenskaper bevaras”, i huvudsak meningslös. Beskriv partiklarnas egenskaper.

Eftersom smältpunkt och andra bulkegenskaper är de viktigaste attributen kan vi dra slutsatsen att majoriteten är bulkattribut. Det är också anmärkningsvärt att föreställningen att molekyler är sammansatta av två eller flera atomer sammanlänkade genom kemiska bindningar väcker svåra frågor om definitionen av bindningar (inklusive van der Waals krafter och mekaniska bindningar) och skillnaden mellan molekyler och jonkristaller (som Gilbert) Lewis gjorde för ett sekel sedan).Eftersom smältpunkt och andra bulkegenskaper är de viktigaste attributen kan vi dra slutsatsen att majoriteten är bulkattribut. Det är också anmärkningsvärt att föreställningen att molekyler är sammansatta av två eller flera atomer sammanlänkade genom kemiska bindningar väcker svåra frågor om definitionen av bindningar (inklusive van der Waals krafter och mekaniska bindningar) och skillnaden mellan molekyler och jonkristaller (som Gilbert) Lewis gjorde för ett sekel sedan).

Enligt Nature Chemistrys redaktör Stuart Cantrill måste katenaner och rotaxaner, som är sammansatta av kovalent sammanlänkade sammansättningar mekaniskt sammanlänkade (t.ex. gängade ringar), klassificeras som molekyler, inte supramolekylära. Kemister från andra högskolor lade till sina synpunkter, vilket orsakade en (godmodig) Twitterstorm.

Egenskaper

Dela ett prov av ett ämne i gradvis mindre delar och du kommer inte att ändra dess kemiska egenskaper eller sammansättning förrän delar som består av enstaka molekyler nås.

Efterföljande uppdelningar av ett ämne resulterar vanligtvis i mindre portioner med andra kemiska egenskaper och sammansättningar från originalet. När atomerna i molekylen splittras bryts de kemiska bindningarna som håller ihop dem.

Under bildandet av en atom omges en enda positivt laddad kärna av en skiva av negativt laddade elektroner. När atomer är i närheten av varandra interagerar elektronmoln mellan dem och med kärnorna.

Atomerna blir sammanlänkade för att bilda molekyler när energin i systemet minskas av denna interaktion. Molekyler, ur en strukturell synvinkel, består av ett arrangemang av atomer som hålls samman av valenskrafter.

Två atomer binds samman för att bilda en diatomisk molekyl. Diatomära molekyler har homonukleära konstruktioner, såsom syremolekyler (O2), medan heteronukleära diatomiska molekyler har två atomer skilda från varandra, såsom kolmonoxidmolekyler (CO). Molekyler med mer än två atomer (H2O) är polyatomära molekyler som koldioxid (CO2) och vatten. I polymermolekyler finns det ofta en hel del komponentatomer.