Что такое молекула?

Опросы показывают, что только 50 процентов опрошенных знают, что Земля совершает один оборот вокруг Солнца за год, и только 40 процентов понимают, что электроны меньше атомов. Это само по себе печально, но пугает то, что всего 10 процентов населения понимают, что такое молекула. Это удручает, потому что все в физическом мире зависит от молекулярных действий.

Молекулы являются фундаментальными компонентами материи. Они состоят из атомов, которые в свою очередь состоят из еще более мелких частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами.

Возможно, неудивительно, что у людей есть неправильные представления о молекулах, поскольку молекулы почти невообразимо малы. Примерно 100 000 молекул воды могли бы поместиться на срезе человеческого волоса.

Никто не видел молекулу до 2009 года, когда с помощью сверхсложного атомно-силового микроскопа ученые смогли сделать снимок молекулы под названием пентацен. Которая, как было ясно показано, состояла из пяти конденсированных бензольных колец.

“Небольшая масса”

Итак, как ученые пришли к выводу, что мир состоит из невидимых молекул? Самый простой ответ может заключаться в том, что наши представления о молекулах должны быть верными. Потому что мы можем предсказать и объяснить поведение материи, основываясь на концепции, что все состоит из молекул. Которые, в свою очередь, состоят из атомов, соединенных определенным образом.

Конечно, потребовалось много-много лет, чтобы эта концепция развилась. Еще в V веке до нашей эры греческий философ Левкипп и его ученик Демокрит предположили, что если разделить материю на все меньшие и меньшие части, в конечном итоге вы получите частицу, которую нельзя будет разделить дальше.

Для этого они придумали термин “атом” от греческого слова “неделимый”. Они представляли себе различные формы материи, состоящие из атомов, которые различаются по форме и размеру.

Интересно, что эта идея оставалась бездействующей в течение двух тысяч лет. Пока Роберт Бойль в своей классической работе “Скептический химик” не описал материю как состоящую из различных “корпускул” разных видов и размеров. Которые могут перестраиваться для образования новых веществ.

Затем Антуан Лавуазье признал эти корпускулы “элементами”, из которых состоит вся материя. Затем Джон Дальтон рационализировал это, заявив, что в химической реакции атомы не теряются и не приобретаются. А просто перестраиваются и сцепляются друг с другом, образуя новые сущности. Для которых Амадео Авогадро придумал термин “молекула” от латинского “moles”, что означает “небольшая масса”.

Затем в 1874 году Август фон Хофман построил первую в истории модель молекулы, используя шарики для представления атомов и палочки для связей.

Его модель метана представляла собой плоскую структуру с атомом углерода, соединенным с четырьмя атомами водорода.

Это было уточнено Вант Хоффом, который пришел к выводу, что молекулы трехмерны, а углерод в метане находится в центре тетраэдра с водородами в четырех углах.

Удивительно, но все это было сделано путем вывода, основанного на том, что должно происходить на атомном уровне.

Загадки молекулы

Химики, проводят свою жизнь, думая о молекулах и работая с ними. Вот почему они порой раздражаются, когда сталкиваются с молекулярной чепухой.

Как утверждение метеоролога о том, что туман – это насыщенный воздух, и по мере охлаждения воздуха молекулы воды становятся все больше и больше, пока не станут видимыми. Молекулы воды не меняются в размерах. Они могут группироваться и образовывать жидкость или разделяться и образовывать пар.

Многие “проповедники” “здорового образ жизни” повторяли абсурдное утверждение, что “маргарин находится примерно в одной молекуле от пластика”. Пластики состоят из полимеров, в то время как маргарин – это смесь жиров и воды. Между ними нет никакого химического сходства. В любом случае, быть “находящимся на расстоянии одной молекулы” – это совершенно бессмысленное выражение.

Вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов, соединенных вместе по определенной схеме.

Столь же бессмысленным является утверждение о “диске для стирки”, продукте, который должен позволить нам стирать одежду без моющего средства. Его производители говорят, что он содержит “материал, которая делает молекулы воды меньше. И повышает их способность проникать в ткань”. Диск для стирки не работает таким образом, или, по сути, каким-либо другим образом.

Молекулы воды не меняют свой размер, но они позволяют другим молекулам протискиваться между ними. Вот почему вода является таким превосходным растворителем. Вы когда-нибудь задумывались, куда девается сахар, когда вы растворяете его в стакане воды?

Другая интересная демонстрация молекул включает явление, которое впервые заметили древние греки. Если мы смешаем равные количества воды и спирта, то получим объем, который меньше суммы двух. Как так? Единственный возможный ответ заключается в том, что молекулы спирта застряли в промежутках между молекулами воды.