Was ist ein Molekül?

Was ist ein Molekül:in der Biologie, in der Chemie, in den Naturwissenschaften, Beispiel. Moleküle bestehen aus zwei oder mehr Atomen derselben oder verschiedener Elemente, die sich gegenseitig ersetzen. In Molekülform können Atome homonuklear sein, das aus einem Element einer Art zusammengesetzt ist, wie Sauerstoff (O2), oder heteronuklear, das aus einem Element von mehr als einer Art von Element zusammengesetzt ist, wie Wasser (H2O).

Jedes Molekül kann basierend auf seiner Größe, Komplexität und Form kategorisiert werden. Helium besteht beispielsweise aus nur einem Atom. Ein Molekül entsteht, wenn sich zwei Atome desselben Elements verbinden. Beispielsweise kommt das Sauerstoffmolekül O2 am häufigsten auf der Erde vor; es besteht aus zwei Sauerstoffatomen.

Ein Paar Sauerstoffatome kann sich jedoch unter bestimmten Bedingungen zu einem Triplett (O3) verbinden, das das Molekül Ozon bildet. Im Gegensatz dazu besteht Kohlendioxid (CO2) aus einem Kohlenstoffatom, das mit zwei Sauerstoffatomen verbunden ist, während Wasser (H2O) zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom enthält. In Schwefelsäure bilden vier Sauerstoffatome die Struktur (H2SO4), mit zwei Wasserstoffatomen und einem Schwefelatom.

Es ist unmöglich, Moleküle an der Bewegung zu hindern. Alle Feststoffe und Flüssigkeiten enthalten dicht gepackte Moleküle. Die Beweglichkeit von Molekülen in einem Festkörper kann mit schneller Schwingung verglichen werden. In einer Flüssigkeit können sich Moleküle in einem gleitenden Muster frei bewegen.

Die Dichte von Molekülen in einem Gas ist oft geringer als die der gleichen chemischen Zusammensetzung in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff, und sie bewegen sich noch freier als in einer Flüssigkeit. Die Geschwindigkeit der Molekülbewegung steigt mit steigender absoluter Temperatur für ein bestimmtes Molekül in einem bestimmten Zustand (fest, flüssig oder gasförmig).

Inhalt

In der Biologie

Eine Substanz besteht aus den kleinsten Teilchen mit allen physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Substanz. Jedes Molekül besteht aus einem oder mehreren Atomen.

Wenn sie mehr als ein Atom enthalten, kann es sich entweder um dasselbe Atom (das Sauerstoffmolekül enthält zwei Sauerstoffatome) oder um ein anderes Atom (das Wassermolekül enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom) handeln. Es ist üblich, dass biologische Moleküle wie Proteine und DNA Hunderttausende von Atomen enthalten.

Proteinmoleküle zum Beispiel können Hunderte oder sogar Tausende von Atomen enthalten, die in langen Ketten verbunden sein können. Die Moleküle können sich in Flüssigkeiten, die sie enthalten, manchmal seltsam verhalten. Selbst nachdem der Kolben wieder in seine aufrechte Position gebracht wurde, kann eine Flüssigkeit aus einem Kolben fließen, aus dem ein Teil davon gegossen wurde.

In Chemie

Eine Substanz, die aus kleinsten Teilchen besteht, die alle ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften besitzen. Atome sind die Grundbausteine von Molekülen.

Moleküle haben eine gleiche positive und negative Ladung, wenn sie elektrisch neutral sind. Dieses Molekül erfährt Kräfte entsprechend der Anordnung und Verteilung seiner positiven und negativen Ladungen im Raum.

Ist die Anordnung der Moleküle kugelsymmetrisch, gilt das Molekül als unpolar. In der Einstellung eines elektrischen oder magnetischen Felds hat ein Molekül ein Dipolmoment, bei dem die Menge an überschüssiger positiver Ladung an einem Ende des Moleküls größer ist als die Menge an überschüssiger negativer Ladung am anderen.

Um seine Polarität anzuzeigen, ist die überschüssige positive Ladung an einem Ende größer als die Menge an negativer Ladung am anderen Ende. Die Moleküle tendieren dazu, sich in Orientierungen zu bewegen, die Anziehungskräfte erzeugen, wenn sie die Freiheit haben, sich zu drehen.

Polare Substanzen (wasserliebend) sind hydrophil (lieben Wasser), während unpolare Verbindungen (lipidliebend) lipophil (wie Lipide) sind. Folglich fließen fettlösliche, unpolare Verbindungen ungehindert durch Zellmembranen, da sie sich in der hydrophoben, unpolaren Komponente der Lipiddoppelschicht auflösen.

In einer Zellmembran lassen unpolare Lipiddoppelschichten Wasser (ein polares Molekül) passieren, aber viele andere polare Moleküle sind undurchlässig, wie geladene Ionen oder Moleküle mit vielen polaren Seitenketten. Lipidmembranen sind in der Lage, polare Verbindungen über spezifische Transportmethoden zu transportieren.

Moleküle können aus jeder Kombination von Atomen mit einem vorbestimmten Verhältnis gebildet werden; Beispielsweise hat jedes Wassermolekül zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom. Die Eigenschaft chemischer Verbindungen unterscheidet sie von Lösungen und anderen mechanischen Mischungen.

In mechanischen Kombinationen können Wasserstoff und Sauerstoff in beliebigen Verhältnissen vorhanden sein, aber wenn sie gezündet werden, verbinden sich diese Bestandteile nur gemäß einem bestimmten Verhältnis zu Wasser (H2O).

Ein Molekül kann gebildet werden, indem die gleiche Art von Atomen auf unterschiedliche, aber gleichermaßen proportionale Weise gepaart wird; Beispielsweise ergeben zwei Wasserstoffatome zusammen mit einem Sauerstoffatom ein Wassermolekül, während zwei Wasserstoffatome zusammen mit zwei Sauerstoffatomen ein Wasserstoffperoxidmolekül (H2O2) ergeben. Darüber hinaus können sich Atome in identischen Mengen zu unterschiedlichen Molekülen verbinden.

Ein Molekül ist ein Isomer, wenn seine Atome innerhalb des Moleküls unterschiedlich angeordnet sind. Beispielsweise enthalten ein Methylether (CH3OCH3) und ein Ethanol (CH3CH2OH) die gleiche Menge an Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff sowie die gleiche Anzahl an Wasserstoffatomen. Ihre Atome sind jedoch auf unterschiedliche Weise verbunden.

Verbindungen bestehen nicht alle aus der gleichen molekularen Einheit. Zum Beispiel besteht Natriumchlorid (gewöhnliches Speisesalz) aus Natriumionen und Chlorionen, die in einer Gitterstruktur angeordnet sind, wobei jedes Natriumion von sechs orthogonalen Chlorionen und jedes orthogonale Natriumion von sechs orthogonalen Natriumionen umgeben ist.

Ein Ion von Natrium oder Chlor in der Nähe übt die gleichen Kräfte aus wie jedes Ion von Natrium. Die Aggregation kann nicht als Natriumchlorid erkannt werden, da es keine eindeutige Aggregation gibt. Infolgedessen haben Natriumchlorid und andere Substanzen ähnlicher Natur nicht das Konzept eines chemischen Moleküls. Daher wird die Formel für eine solche Verbindung basierend auf dem einfachsten Verhältnis der Atome geschrieben, das manchmal als Formeleinheit bezeichnet wird – in diesem Fall Natriumchlorid, NaCl.

Moleküle sind durch kovalente Bindungen gebunden, die gemeinsame Elektronenpaare sind. Bindungen mit gerichteter Struktur haben Atome, die auf bestimmte Weise relativ zueinander orientiert sind, um ihre Stärke zu erhöhen.

Somit ist die Struktur jedes Moleküls definiert und relativ starr, da seine Atome in einer festen Weise angeordnet sind. In der Strukturchemie als Valenz bekannt, beschreibt dieses Konzept, wie sich Atome in bestimmten Verhältnissen verbinden und wie sich dies auf Bindungslängen und -richtungen auswirkt.

Moleküleigenschaften sind an ihre Strukturen gebunden; Beispielsweise haben Wassermoleküle Dipolmomente aufgrund struktureller Biegung, während Kohlendioxidmoleküle linear sind und keine Dipolmomente aufweisen.

In der Wissenschaft

Die Bedeutung wissenschaftlicher Begriffe ergibt sich oft eher aus ihrer Verwendung als aus ihrer Definition, wie dies bei alltäglichen Wörtern der Fall ist. Bei der Beschreibung von Spezies und Macht spielt Ungenauigkeit keine Rolle. Dasselbe gilt für die Beschreibung von Molekülen.

Eine chemische Verbindung kann beispielsweise aus nicht mehr als zwei oder mehr Atomen bestehen, die durch eine chemische Bindung miteinander verbunden sind, die als einfachste Einheit einer Verbindung definiert wurde.

Ein Teilchen ist eine Ansammlung von zwei oder mehr Atomen, die sich aus den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Substanz zusammensetzt. Nach einer anderen Definition handelt es sich um eine Ansammlung von Atomen, die chemisch miteinander verbunden sind.

Im Gegensatz dazu ist die zweite Bedeutung, „das kleinste Teilchen einer Substanz, in der seine Eigenschaften bewahrt sind“, im Wesentlichen bedeutungslos. Beschreibe die Eigenschaften der Teilchen.

Da der Schmelzpunkt und andere Masseneigenschaften die bedeutendsten Attribute sind, können wir schlussfolgern, dass es sich bei der Mehrheit um Massenattribute handelt. Es ist auch bemerkenswert, dass die Vorstellung, dass Moleküle aus zwei oder mehr Atomen bestehen, die durch chemische Bindungen miteinander verbunden sind, heikle Fragen über die Definition von Bindungen (einschließlich Van-der-Waals-Kräfte und mechanische Bindungen) und die Unterscheidung zwischen Molekülen und Ionenkristallen aufwirft (wie Gilbert Lewis vor einem Jahrhundert).

Laut dem Herausgeber von Nature Chemistry, Stuart Cantrill, müssen Catenane und Rotaxane, die aus kovalent verknüpften, mechanisch miteinander verbundenen Anordnungen bestehen (z. B. Gewinderinge), als Moleküle und nicht als supramolekular klassifiziert werden. Chemiker anderer Hochschulen fügten ihre Standpunkte hinzu und sorgten für einen (gutmütigen) Twittersturm.

Eigenschaften

Teilen Sie eine Probe einer Substanz in immer kleinere Teile und Sie werden ihre chemischen Eigenschaften oder Zusammensetzung nicht ändern, bis Teile erreicht sind, die aus einzelnen Molekülen bestehen.

Nachfolgende Unterteilungen eines Stoffes führen typischerweise zu kleineren Portionen mit anderen chemischen Eigenschaften und Zusammensetzungen als das Original. Wenn die Atome im Molekül fragmentiert werden, werden die chemischen Bindungen, die sie zusammenhalten, aufgebrochen.

Während der Bildung eines Atoms wird ein einzelner positiv geladener Kern von einer Scheibe aus negativ geladenen Elektronen umgeben. Wenn sich Atome in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, interagieren Elektronenwolken zwischen ihnen und mit den Kernen.

Die Atome werden miteinander verbunden, um Moleküle zu bilden, wenn die Energie des Systems durch diese Wechselwirkung verringert wird. Moleküle bestehen aus struktureller Sicht aus einer Anordnung von Atomen, die durch Valenzkräfte zusammengehalten werden.

Zwei Atome sind miteinander verbunden, um ein zweiatomiges Molekül zu bilden. Zweiatomige Moleküle haben homonukleare Konstruktionen, wie Sauerstoffmoleküle (O2), während heteronukleare zweiatomige Moleküle zwei voneinander verschiedene Atome haben, wie Kohlenmonoxidmoleküle (CO). Moleküle mit mehr als zwei Atomen (H2O) sind mehratomige Moleküle wie Kohlendioxid (CO2) und Wasser. In Polymermolekülen gibt es oft sehr viele Atome.