Молекула

    Молекула

молекула моделі

Молекула (лат. moles – масса) – жай немесе күрделі заттың негізгі химиялық қасиеттерін сақтайтын және өздігінен өмір сүретін ең кіші бөлшек. Молекула ұғымы ғылымға 1860 ж. енгізілген. Молекуланы тәжірибе жүзінде 1906 ж. француз ғалымы Жан Перрен броундық қозғалысты зерттеу кезінде дәлелдеген. Молекула құрамында бір (инертті газдар), екі (H2, O2, N2, CO, т.б.), үш (O3, N2O), сондай-ақ жүздеген, мыңдаған, тіпті одан да көп атомдар (полимер, ақуыз, т.б.) болады. Молекулалары бір атомнан тұратын заттар үшін (мысалы, инертті газдар) молекула ұғымы мен атом ұғымы сәйкес келеді. Молекула құрамы брутто-формула (Н2O, CH4, HNO3) арқылы көрсетіледі. Органикалық қосылыстардың классикалық құрылыс теориясы молекуланың құрылысын атомдар арасындағы тізбекті және байланыс тәртібін көрсететін құрылымдық формуламен өрнектеуге мүмкіндік берді. Эмпирикалық формулалары бірдей молекулалардың құрылысы әр түрлі және түрлі қасиеттерге ие болуы мүмкін. Молекуланың көптеген қасиеттері оның симметриясына тікелей байланысты болады. Молекула энергиясы ондаған және жүздеген кДж/мольмен есептелетін квантталған құраушылардан – электрон қозғалысының энергиясынан, атом ядроларының тербелмелі қозғалысының, сондай-ақ бүтіндей молекуланың кеңістікте ілгерілемелі және айналмалы қозғалысының энергияларынан құралады. Қандай да бір электрондық күйдегі молекуланың орнықтылығы ядролардың тербелмелі қозғалысының потенциалдық энергиясы минимумының болуына байланысты анықталады.

Молекула — электрбейтарап жүйе. Егер молекулада оң және теріс зарядтардың “ауырлық центрі” сәйкес келмесе, онда молекула полюсті және олардың меншікті электрлік дипольдік моменті болады. Молекула сыртқы электр өрісінде дипольдік моментке ие болу қасиетімен сипатталады. Молекулалардың басым көпшілігі диамагнитті, яғни тұрақты магниттік моменті болмайды; олардың магниттік алғырлығы теріс. Парамагнитті молекула тұрақты магниттік моментінің болуымен сипатталады. Парамагниттік қасиет молекуланың құрамында жұпталмаған электрондардың болуымен байланысты; олардың магниттік алғырлығы оң болады. Молекула туралы көптеген ақпарат оптикалық, мессбауэрлік, фотоэлектрондық, ядролық магниттік резонанс, ядролық квадрупольдік резонанс спектроскопиялары, сонымен қатар кванттық химия және химиялық әдістер көмегімен алынады.

Молекулааралық өзара әсер – электрлік қасиеті жағынан бейтарап молекулалар немесе атомдар арасындағы өзара әсер. Бұл әсер молекулааралық қашықтыққа (r) тәуелді және өзара әсердің потенциалдық энергиясы U(r) арқылы өрнектеледі. Заттардың көптеген қасиеттері мен агрегаттық күйі осы U(r)-дің шамасы арқылы анықталады. Молекулааралық өзара әсер ұғымын (1873) голланд ғалымы Йоханнес Ван-дер-Ваальс нақты газдар мен сұйықтықтардың қасиетін түсіндіруге қолданды. Оның болжамы бойынша бір-біріне жақын орналасқан молекулалар арасында тебіліс күштері әсер етеді де, ал молекулааралық қашықтық (r) артқанда бұл күштер тартылыс күштерімен алмасады. Осы болжамдарды пайдалана отырып ол нақты газдардың күй теңдеуін [(р + а/V2)(V-b) = RT] қорытып шығарды.

Молекулааралық өзара әсердің табиғаты электрлік және ол тартылыс күштері (ориентациялық, индукциялық, дисперсиялық) мен тебіліс күштерінен тұрады. Ориентациялық күштер полюсті молекулалар арасында әсер етеді; индукциялық (поляризациялық) күштер полюсті және полюссіз молекулалардың және сонымен қатар полюсті молекулалардың да арасында әсер етеді. Дисперсиялық молекулааралық өзара әсер полюссіз молекулалар арасында байқалады.

Молекулалық масса, салыстырмалы молекулалық масса – заттың бір молекуласының массасы. Молекулалық масса молекуланы құрайтын барлық атомдар массаларының қосындысына тең. Олар өте кішкене болғандықтан, тәжірибеде олардың орнына салыстырмалы атомдық масса және салыстырмалы молекулалық масса ұғымдары қолданылады. Салыстырмалы молекулалық масса (Мr) заттың бір молекуласы массасының көміртектің 12С изотопы массасының 1/12 бөлігіне қатынасына тең. Көміртектің 12С изотопы массасының 1/12 бөлігі массаның атомдық бірлігі ретінде қабылданған: молекуланың атомдық бірлігі (м.а.б.) =1,6607.10–24 г. Егер зат молекуласының құрамы белгісіз болса, онда белгісіз заттың молекулалық массасын эбуллиоскопия, криоскопия, осмометрия, масс-спектроскопия, т.б. әдістер арқылы анықтауға болады. Молекулалық масса химиялық, физикалық және химия-техникалық есептеулерде қолданылады.