Մոլեկուլ

Մոլեկուլ, երկու կամ ավելի ատոմներից բաղկացած էլեկտրականապես չեզոք խումբ։ Ատոմները միասին պահվում են քիմիական կապերի միջոցով^{[1][2][3][4][5]}։ Մոլեկուլները տարբերվում են իոններից էլեկտրական լիցքի բացակայությամբ։ Բայց քվանտային ֆիզիկայում, օրգանական քիմիայում և կենսաքիմիայում «մոլեկուլ» տերմինն հաճախ գործածվում է պակաս խստությամբ և օգտագործվում է նաև բազմատոմ իոնների դեպքում։ Գազերի կինետիկ տեսության մեջ «մոլեկուլ» տերմինը հաճախ օգտագործվում է ցանկացած գազանման մասնիկի համար՝ անկախ նրա բաղադրությունից։ Համաձայն այդ սահմանման՝ ազնիվ գազերի ատոմները համարվում են մոլեկուլներ, քանի որ նրանք հանդես են գալիս միատոմ մոլեկուլներով^[6]։

Մոլեկուլ
Քիմիական հատկություններ
Եթե հատուկ նշված չէ, ապա բոլոր արժեքները բերված են ստանդարտ պայմանների համար (25 °C, 100 կՊա)

${\displaystyle B_{2}H_{6}}$ մոլեկուլ

Մոլեկուլը կարող է լինել հոմոմիջուկային, այսինքն՝ կազմված լինել միևնույն քիմիական տարրի ատոմներից, ինչպես թթվածինը (O₂)_, կամ կարող է լինել հետերեմիջուկային՝ մեկից ավելի քիմիական տարրերից բաղկացած միացություն, օրինակ՝ ջուրը (H₂O): Ատոմները և կոմպլեքս միացությունները, որոնց փոխազդեցությունը ոչ կովալենտային է (ջրածնային և իոնական կապեր), սովորաբար չեն համարվում առանձին մոլեկուլներ^[7]։ Մոլեկուլները, որպես նյութի բաղադրիչներ, առկա են օրգանական նյութերում, հետևաբար և կենսաքիմիայում։ Նրանք կազմում են նաև օվկիանոսների և մթնոլորտի մեծ մասը։ Երկրագնդի վրա մեզ հայտնի պինդ նյութերի մեծ մասը, այդ թվում նաև միներալները, որոնք կազմում են երկրակեղևը, միջնապատյանը և Երկրի միջուկը, պարունակում են շատ քիմիական կապեր, բայց բաղկացած են չնույնականացված մոլեկուլներից։ Բացի դրանից, տիպիկ մոլեկուլը չի կարող բնորոշել իոնային բյուրեղները (աղեր) և կովալենտ բյուրեղները (ցանցային կապերով մարմիններ), չնայած նրանք հաճախ բաղկացած են կրկնվող տարրական բջիջներից, որոնք տարածվում են կամ հարթության վրա (գրաֆիտ), կամ եռաչափ տարածության մեջ (ալմաստ, քվարց, նատրիումի քլորիդի բյուրեղ)։ Կրկնվող տարրական մասնիկների թեման ակտուալ է նաև մետաղական կապ պարունակող խտացված ֆազերի համար, որը նշանակում է, որ պինդ մետաղները ևս բաղկացած չեն մոլեկուլներից։ Ապակիներում, որոնցում գոյություն չունի մասնիկների կարգավորված դասավորություն, ատոմները կարող են միմյանց հետ կապված մնալ քիմիական կապերով առանց որևէ որոշակի մոլեկուլ կամ կրկնվող միացություններ առաջացնելու, որոնք բնութագրական են բյուրեղներին:

Ա. Ավոգադրո

Պատմություն և ծագումնաբանություն

Մոլեկուլի գաղափարը և անվանումը առաջինն օգտագործել է ֆրանսիացի բնափիլիսոփա Պիեռ Գասենդին (1592-1655 թվականներ)։ Մոլեկուլը՝ որպես քիմիական փոխարկումների ենթարկվող և ատոմից տարբերվող նյութի ամենափոքր քանակություն, ձևակերպել է Ա. Ավոգադրոն (1811 թվական)։

Համաձայն Merriam-Webster և Online Etymology բառարանների «մոլեկուլ» բառը առաջացել է լատիներեն "moles" բառից, որը նշանակում է չափազանց փոքր զանգված։

Անգլերեն` molecule (1794), Ֆրանսերեն՝ molécule (1678), լատիներեն molecula՝ նվազական փաղաքշական բառ։ Նորաձև բառ է եղել մինչև 18-րդ դարի վերջերը, հետքերը տանում են մինչև Դեկարտի փիլիսոփայություն^[8][9]։

«Մոլեկուլ» բառի սահմանումը էվոլյուցիայի ենթարկվեց մոլեկուլի կառուցվածքի մասին գիտելիքների ծավալի մեծացման հետ զուգընթաց։ Ավելի վաղ եղած սահմանումները ստույգ չէին, որոնք մոլեկուլը բնութագրում էին որպես մաքուր քիմիական նյութի փոքրագույն մասնիկ, որը պահպանում է իր բաղադրությունը և քիմիական հատկությունները^[10]։ Այս սահմանումը հաճախ խախտվում է, քանի որ շատ նյութեր, ինչպիսիք են լեռնային ապարները, աղերը և մետաղները ոչ թե բաղկացած են առանձին մոլեկուլներից, այլ քիմիապես միմյանց հետ կապված ատոմների, կամ իոնների մեծ բյուրեղական ցանցերից։

Մոլեկուլ հասկացությունը պաշտոնապես գիտության մեջ է մտել ավելի ուշ (Կարլսրուեի միջազգային կոնգրես, 1860 թվական)։ Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժ․ Պերենի բրոունյան շարժման ուսումնասիրությունները (1906 թվական) դարձան մոլեկուլի գոյության առաջին փորձնական ապացույցը։ Մոլեկուլի կառուցվածքի հիմնական օրինաչափությունները պարզվեցին քիմիական ռեակցիաների հետազոտման, նոր, հատկապես օրգանական միացությունների սինթեզի, անալիզի և ֆիզիկական մեթոդների կիրառման շնորհիվ։ Մոլեկուլի հայտնագործումը քիմիայի՝ որպես գիտության զարգացման արդյունքն է։ Մոլեկուլի կառուցվածքը, հատկությունները և փոխարկումների օրինաչափություններն այսօր էլ քիմիայի ուսումնասիրության հիմնական առարկաներն են։ Քիմիական ռեակցիան նյութերի մոլեկուլների փոխարկումն է այլ նյութերի մոլեկուլների։

Հատկություններ

Քիմիական ռեակցիաների ընթացքում մի տեսակի մոլեկուլները փոխարկվում են այլ տեսակի մոլեկուլների։ Տարբեր նյութերի մոլեկուլները տարբերվում են որակական և քանակական բաղադրությամբ, զանգվածով, կառուցվածքով, ատոմների փոխադարձ դասավորությամբ, ատոմների միջև քիմիական կապի բնույթով և հատկություններով։

Մոլեկուլի զանգվածը սովորաբար 10⁻²⁴ գրամի կարգի մեծություն է, իսկ չափերը մի քանի (կամ տասնյակ) Å։ Բնության մեջ, սակայն, տարածված են նյութեր (կաուչուկ, թաղանթանյութ, սպիտակուցներ), որոնց Մոլեկուլները շատ ավելի մեծ են (բաղկացած են հազարավոր, անգամ միլիոնավոր ատոմներից, և որոնց զանգվածը հասնում է 10⁻²⁰—10⁻¹⁶ գրամի)։ Այդպիսի մոլեկուլները կոչվում են մակրոմոլեկուլներ։

Նյութը բնորոշող կարևոր մեծություն է մոլեկուլային զանգվածը, որի արժեքը տարբեր նյութերի համար միավորներից հասնում է տասնյակ, երբեմն հարյուրավոր միլիոնների։ Մոլեկուլ, որի բացասական և դրական լիցքերի «ծանրության կենտրոնները» չեն համընկնում, բևեռացված է և ունի սեփական դիպոլային մոմենտ։ Էլեկտրական դաշտում մոլեկուլները բևեռացվում են և ձեռք են բերում մակածված դիպոլային մոմենտ։ Մոլեկուլները բևեռացվում են նաև լույսի փոփոխական էլեկտրական դաշտում։ Դրանով է պայմանավորված լույսի բեկումը, կլանումը, նյութի օպտիկական ակտիվությունը։ Նյութերի մեծամասնության մոլեկուլները դիամագնիսական են։ Պարամագնիսական են միայն չզույգված էլեկտրոններ պարունակող մոլեկուլները։ Մոլեկուլի բևեռացվելու ունակությունը և նյութի մագնիսական ընկալունակությունը պայմանավորված են արժեքական էլեկտրոնների բնույթով։ Մոլեկուլային սպեկտրները պարունակում են ուղղակի տեղեկություններ մոլեկուլի վիճակների և նրանց միջև հավանական անցումների մասին և օգտագործվում են մոլեկուլները ուսումնասիրելու համար։

Նյութերի կառուցվածք

Ըստ նյութի ատոմամոլեկուլային դասական ուսմունքի՝ բոլոր նյութերը բաղկացած են մոլեկուլներից, որոնք փոխազդում են իրար հետ և գտնվում անընդհատ շարժման մեջ։ Գազերում մոլեկուլների փոխազդեցությունը թույլ է, շարժումը՝ բրոունյան, պինդ նյութերում՝ փոխազդեցությունը ուժեղ է, շարժումը՝ տատանողական։ Գազերում մոլեկուլները ինքնուրույն են, պինդ նյութերում՝ պահպանում են կամ կորցնում ինքնուրույնությունը։ Նյութերի մեծ մասը հեղուկ վիճակում բաղկացած է մոլեկուլներից։ Կոնդենսված համակարգերում (հեղուկ, պինդ) մոլեկուլները պահպանում են իրենց գոյությունը, եթե միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները հաղթահարելու համար անհրաժեշտ էներգիան շատ ավելի փոքր է, քան ատոմների միջև քիմիական կապի էներգիան։

Բազմաթիվ օրգանական և որոշ անօրգանական նյութեր (օրինակ՝ շաքար, ծծումբ և այլն) առաջացնում են մոլեկուլային բյուրեղներ, որոնց բյուրեղական ցանցի հանգույցներում գտնվում են իրար հետ թույլ փոխազդող մոլեկուլները։ Իոնական և ատոմական բյուրեղներում առանձին մոլեկուլներ չկան, ամբողջ բյուրեղը փաստորեն մի հսկայական մոլեկուլ է։ Նյութի մոլեկուլային կամ քիմիական բանաձևը, որը որոշվում է նյութում պարունակվող քիմիական տարրերի ատոմական հարաբերությունների (ստացվում են քիմիական վերլուծությամբ) և մոլեկուլային զանգվածի միջոցով, մոլեկուլային կառուցվածք ունեցող նյութերի դեպքում արտահայտում է մոլեկուլի իրական բաղադրությունը։ Մյուս դեպքերում քիմիական բանաձևը ցույց է տալիս միայն տարրերի հարաբերական պարունակությունը նյութում։ Նյութի քիմիական կառուցվածքի տեսության ստեղծումը հնարավոր դարձրեց մոլեկուլը պատկերել գրաֆիկական բանաձևի միջոցով, որը բաղադրությունից բացի ցույց է տալիս նաև քիմիական կապերի հաջորդականությունը մոլեկուլում։

Մոլեկուլի կառուցվածքով և հատկություններով պայմանավորված ֆիզիկական երևույթներն ուսումնասիրում է մոլեկուլային ֆիզիկան, իսկ կենսաբանական երևույթները՝ մոլեկուլային կենսաբանությունը։

Ատոմական ուժային մանրադիտակով PTCDA մոլեկուլի պատկերը, որի վրա երևում են հինգ վեցանկյուն օղակներ^[11]:

Սկանավորող թունելային միկրոսկոպով պենտացենի մոլեկուլի պատկերը, որը բաղկացած է հինգ ածխածնային օղակներից բաղկացած գծային շղթաներից^[12]:

Ատոմական ուժային մանրադիտակով 1,5,9-տրիօքսո, 13-ազատրիանգուլինի պատկերը և քիմիական կառուցվածքը^[13]:

Մոլեկուլյար գիտություն

Մոլեկուլների մասին գիտությունն անվանում են մոլեկուլային քիմիա, կամ մոլեկուլային ֆիզիկա՝ կախված նրանից, թե որ գիտության շրջանակներում է քննարկվում։ Մոլեկուլային քիմիան գործ ունի մոլեկուլների միջև եղած փոխազդեցությունները կարգավորող օրենքների հետ, որոնք պատճառ են հանդիսանում քիմիական կապերի առաջացման կամ խզման, իսկ մոլեկուլային ֆիզիկան գործ ունի մոլեկուլների կառուցվածքը և հատկությունները կարգավորող օրենքների հետ։ Բայց գործնականում այդ տարբերություն որոշակի չէ։ Մոլեկուլային գիտություններում մոլեկուլը կայուն համակարգ է՝ որը բաղկացած է երկու կամ ավելի՝ միմյանց հետ կապված ատոմներից։ Բազմատոմ իոնները երբեմն կարող են դիտարկվել որպես էլեկտրականապես լիցքավորված մոլեկուլներ։ «Անկայուն մոլեկուլ» տերմինն օգտագործվում է շատ ռեակցիոնունակ մասնիկների համար, դրանք են էլեկտրոններից ու միջուկներից կազմված, շատ կարճ կյանք ունեցող համակցություններ՝ ռեզոնանսներ (ռադիկալներ, մոլեկուլային իոններ, ռիդբերգի մոլեկուլներ, անցումային վիճակներ, վան-դեր-վալսյան կոմպլեքսներ, կամ բախվող ատոմների համակարգ, ինչպիսին է Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատը)։

Կապեր

Մոլեկուլի բաղադրիչները միմյանց հետ կապված են մնում կամ կովալենտային, կամ իոնական կապերի շնորհիվ։ Ոչ մետաղական տարրերի մի քանի տեսակներ շրջակա միջավայրում գոյություն ունեն միայն մոլեկուլների ձևով։ Օրինակ՝ ջրածինը գոյություն ունի միայն ջրածնի մոլեկուլի ձևով։ Քիմիական միացության մոլեկուլը բաղկացած է երկու կամ ավելի տարրերից^[14]։

Կովալենտային կապ

Աջ մասում H₂ մոլեկուլում կովալենտ կապի առաջացումը, որտեղ ջրածնի երկու ատոմները կիսում են երկու էլեկտրոններ:

Կովալենտային կապը քիմիական կապի մի տեսակ է, որը ենթադրում է կապի մեջ գտնվող ատոմների էլեկտրոնային զույգերի համատեղ օգտագործում։ Այդ էլեկտրոնային զուգերն անվանում են ընդհանուր զույգեր, կամ կապող զույգեր, իսկ ատոմների միջև եղած ձգողական և վանողական ուժերի կայուն հավասարակշռությունը, երբ նրանք կիսում են իրենց էլեկտրոնները, անվանում են կովալենտային կապ^[15]։

Իոնական կապ

Նատրիումը և ֆտորը օքսիդավերականգնման ռեակցիայի արդյունքում առաջացնում են նատրիումի ֆտորիդ: Նատրիումը կորցնում է իր արտաքին էլեկտրոնը, որպեսզի ձևավորվի կայուն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա, և այդ էլեկտրոնը ջերմություն անջատելով մուտք է գործում ֆտորի ատոմ:

Իոնական կապը քիմիական կապի մի տեսակ է, որը ենթադրում է հակադիր լիցքավորված իոնների էլեկտրաստատիկ ձգողություն և հանդիսանում է իոնական միացություններում տեղի ունեցող առաջնային փոխազդեցությունը։ Իոնները, դրանք ատոմներ են, որոնք կորցրել են մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ և կոչվում են կատիոններ, կամ ձեռք են բերել էլեկտրոններ և կոչվում են անիոններ^[16]։ Էլեկտրոնների այդ անցումը կոչվում է էլեկտրավալենտականություն՝ ի տարբերություն կովալենտության։ Պարզագույն դեպքում կատիոնը դա մետաղի ատոմն է, իսկ անիոնը՝ ոչ մետաղինը, բայց իոնները կարող են ավելի բարդ բնույթ ունենալ, օրինակ՝ այնպիսի մոլեկուլային իոններ, ինչպիսիք են NH ₄ ⁺ կամ SO₄ ^2-  : Ըստ էության իոնական կապը դա մետաղի ատոմներից էլեկտրոնների անցումն է ոչ մետաղի ատոմներին՝ երկու ատոմներին լրացված էլեկտրոնային թաղանթներ ապահովելու նպատակով։

Մոլեկուլների չափեր

Մոլեկուլների մեծ մասը չափազանց փոքր են, որպեսզի հնարավոր լինի նրանց տեսնել անզեն աչքով, բայց կան բացառություններ՝ ԴՆԹ մակրոմոլեկուլը, շատ պոլիմերների մոլեկուլներ կարող են հասնել մակրոսկոպիկ չափերի։ Օրգանական սինթեզում որպես շինարարական բլոկներ օգտագործվող մոլեկուլները սովորաբար ունենում են մի քանի անգստրեմից (Å) մինչև մի քանի հարյուր Å չափեր, որը մեկ մետրի մոտավորապես մեկ միլիարդերորդ մասն է։ Ինչպես նշվեց, առանձին մոլեկուլները չեն կարող տեսանելի լինել, բայց մոլեկուլները, նույնիսկ առանձին ատոմների ուրվագծեր, կարող են երևալ որոշ պայմաններում՝ ատոմական ուժային մանրադիտակի օգնությամբ։

Խոշոր մոլեկուլներին անվանում են մակրոմոլեկուլներ, կամ սուպերմոլեկուլներ։

Ամենափոքր մոլեկուլը երկատոմ ջրածնի (H₂) մոլեկուլն է, կապի երկարությունը՝ 0,74 Å^[17]:

Մոլեկուլի էֆեկտիվ շառավիղը մոլեկուլի շառավիղն է լուծույթում^[18][19]։

Մոլեկուլային բանաձևեր

Էմպիրիկ բանաձև

Մոլեկուլի քիմիական բանաձևում օգտագործվում են քիմիական տարրերի սիմվոլներ, թվանշաններ, երբեմն նաև այլ սիմվոլներ ինչպիսիք են փոքր փակագծեր, գծիկներ, մեծ փակագծեր, պլյուս (+) և մինուս (-) նշաններ։ Դրանք պետք է սահմանափակված լինեն մեկ տպագրական տողում, որը կարող է պարունակել ինդեքսներ և աստիճաններ։

Քիմիական միացության էմպիրիկ բանաձևն իրենից ներկայացնում է քիմիական բանաձի շատ պարզ տեսակ^[20]։ Դա միացությունը կազմող քիմիական տարրերի պարզագույն բանաձևն է^[21]։ Օրինակ՝ ջուրը միշտ բաղկացած է 2:1 հարաբերակցությամբ ջրածնի և թթվածնի ատոմներից, իսկ էթիլ սպիրտը, կամ էթանոլը միշտ բաղկացած է 2։ 6։ 1 հարաբերակցությամբ ածխածնի, ջրածնի և թթվածնի ատոմներից։ Բայց դա միանշանակ չի բնորոշում մոլեկուլի տեսակը, օրինակ՝ դիմեթիլեթերն ունի ատոմների նույնպիսի հարաբերակցություն ինչը որ էթանոլը։ Այն մոլեկուլները, որոնք պարունակում են նույն ատոմները, բայց նրանց դասավորությունը տարբեր է՝ կոչվում են իզոմերներ։ Այդպես են ածխաջրածիններից շատերը, որոնք ունեն ածխածնի, ջրածնի և թթվածնի ատոմների միևնույն հարաբերակցությունը (1:2:1), հետևաբար և միևնույն էմպիրիկ բանաձևը, բայց մոլեկուլում ատոմների քանակները տարբերվում են միմյանցից։

Մոլեկուլային բանաձևը արտացոլում է մոլեկուլը կազմող ատոմների ճշգրիտ քանակը և այդպիսով բնութագրում է տարբեր մոլեկուլներ։ Բայց տարբեր իզոմերներ՝ ունենալով տարբեր մոլեկուլներ, կարող են իրենց մոլեկուլում ունենալ ատոմների նույն բաղադրությունը։ Էմպիրիկ բանաձևը հաճախ համընկնում է մոլեկուլային բանաձևի հետ, բայց՝ ոչ միշտ։ Օրինակ՝ ացետիլենի մոլեկուլն ունի C₂H₂ մոլեկուլային բանաձևը, բայց ատոմների հարաբերակցությունը ցույց տվող պարզագույն բանաձևն է՝ CH:

Մոլեկուլային զանգվածը կարելի է հաշվել քիմիական բանաձևով, այն արտահայտվում է սովորական ատոմային միավորներով և հավասար է ածխածնի ¹² С չեզոք իզոտոպի ատոմի զանգվածի 1/12 զանգվածին։ Ցանցային պինդ նյութերի համար օգտագործվում է «կրկնվող միավոր» տերմինը, որը սովորաբար որոշում են ստեխիոմետրիական հաշվարկներով։

Կառուցվածքային բանաձև

Իզոպրենոիդի մոլեկուլի կառուցվածքը: 3D (ձախից և կենտրոնում), 2D (աջից)

Եռաչափ բարդ կառուցվածքով մոլեկուլների համար, հատկապես, երբ նրանք պարունակում են չորս տարբեր տեղակալիչներով միացած ատոմներ, պարզ մոլեկուլային բանաձևը, կամ նույնիսկ կիսակառուցվածքային քիմիական բանաձևը բավական չէ մոլեկուլը ամբողջովին բնութագրելու համար։ Այդ դեպքում կարող է անհրաժեշտ լինել բանաձևի գրաֆիկական պատկերը, որը կոչվում է կառուցվածքային բանաձև։ Կառուցվածքային բանաձևերն իրենց հերթին կարող են ներկայացվել տարածական քիմիական անունով, բայց այդպիսի անվանակարգումը պահանջում է բազմաթիվ բառեր ու տերմիններ, որոնք քիմիական բանաձևի մաս չեն կազմում։

Մոլեկուլների երկրաչափություն

Ցիանոսթար դենդրիմերի մոլեկուլի կառուցվածքը և սկանավորող թունելային մանրադիտակով ստացված պատկերը^[22]:

Մոլեկուլներն ունեն հավասարակշռության ֆիքսված երկրաչափություն՝ կապերի երկարություն և անկյուններ, որոնց նկատմամբ կատարում են անընդհատ տատանողական շարժումներ։ Մաքուր նյութը բաղկացած է միևնույն երկրաչափական կառուցվածք ունեցող մոլեկուլներից։ Քիմիական բանաձևը և մոլեկուլի կառուցվածքը հանդիսանում են մոլեկուլի հատկությունները որոշող երկու կարևորագույն ֆակտորները, մասնավորապես՝ նրա ռեակցիոնունակությունը։

Իզոմերներն ունեն նույն քիմիական բանաձևը, բայց իրենց կառուցվածքային տարբերության պատճառով՝ շատ տարբեր հատկություններ։

Ստերիոիզոմերները իզոմերների առանձնահատուկ տեսակ են, որոնք կարող են ունենալ ֆիզիկաքիմիական շատ նման հատկություններ, բայց՝ տարբեր կենսաքիմիական ակտիվություն։

Մոլեկուլային սպեկտրոսկոպիա

Ջրածինը կարող է հեռացվել H ₂TPP առանձին մոլեկուլներից սկանավորող թունելային մանրադիտակի ծայրապանակին հավելուրդային լարում հաղորդելով: Հեռացումը փոխում է TPP մոլեկուլի հոսանքի լարման կորերը (I-V): Չափումները կատարվում են նույն ծայրապանակի օգնությամբ՝ դիոդանմանից (b նկարում կարմիր կորը) մինչև ռեզիստորանման (կանաչ կոր): с-ում պատկերված է TPP, H ₂ TPP և TPP մոլեկուլների շարք: d-ում երևում է, որ սև կետի վրա լրացուցիչ լարում հաղորդելիս ներքևի մասում ջրածինը ակնթարթորեն հեռացվում է, կրկնակի սկանավորումից հետո հեռանում է նաև վերևի մասի ջրածինը՝ e պատկեր: Այս երևույթը կարող է օգտագործվել մոլեկուլյար էլեկտրոնիկայում^[23]:

Մոլեկուլային սպեկտրոսկոպիան ուսումնասիրում է մոլեկուլի հակազդումը (սպեկտրը) որևէ էներգիայի, կամ հաճախականության զոնդավորող ազդանշաններին՝ Պլանկի բանաձևի համաձայն։ Մոլեկուլներն ունեն քվանտային էներգիական մակարդակներ, որոնք կարելի է վերլուծել, հայտնաբերելով մոլեկուլում էներգիայի փոխանակման վիճակները՝ կլանման, կամ ճառագայթման միջոցով^[24]։ Սպեկտրոսկոպիան սովորաբար չի վերաբերում դիֆրակցիոն հետազոտություններին, որտեղ նեյտրոնները, էլեկտրոնները, կամ բարձր էներգիայով ռենտգենյան ճառագայթները փոխազդում են կանոնավոր դասավորված մոլեկուլների հետ, ինչպես դա տեղի է ունենում բյուրեղներում։

Միկրոալիքային սպեկտրոսկոպիան սովորաբար չափում է մոլեկուլի պտտական շարժման փոփոխությունները և կարող է օգտագործվել տիեզերական տարածությունում մոլեկուլների նույնականացման համար։

Ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան չափում է մոլեկուլների վիբրացիան, այդ թվում նաև երկայնակի, կորացող և ոլորվող շարժումների։ Սովորաբար օգտագործվում է կապերի տեսակները, կամ մոլեկուլներում ֆունկցիոնալ խմբերը որոշելու համար։ Էլեկտրոնների դիրքի փոփոխությունը բերում է կլանման կամ ճառագայթման գծերի առաջացմանը՝ ուլտրամանուշակագույն, տեսանելի, կամ մոտակա ինֆրակարմիր լույսի տակ և հանգեցնում է գույների առաջացման։

Միջուկային ռեզոնանսային սպեկտրոսկոպիան չափում է մոլեկուլում առանձին միջուկների միջավայրը և կարող է օգտագործվել մոլեկուլում տարբեր դիրքեր ունեցող ատոմները բնութագրելու համար։

Տեսություն

Մոլեկուլյար ֆիզիկայի և տեսական քիմիայի օգնությամբ մոլեկուլների ուսումնասիրությունը զգալի կերպով հիմնված է քվանտային մեխանիկայի ուսմունքի վրա։ Մոլեկուլներից պարզագույնը հանդիսանում է ջրածնի իոն-մոլեկուլը՝ H₂⁺, իսկ քիմիական կապերից ամենապարզագույնը՝ միաէլեկտրոն կապը։ H₂⁺-ը բաղկացած է երկու դրականապես լիցքավորված պրոտոններից և մեկ բացասական լիցքավորված էլեկտրոնից, որը նշանակում է, որ այս համակարգի համար Շրյոդինգերի հավասարումը հեշտությամբ կարող է լուծվել էլեկտրոն-էլեկտրոն վանողական ուժերի բացակայության շնորհիվ։ Թվային և արագ համակարգիչների զարգացման շնորհիվ բարդ մոլեկուլների մոտավոր հաշվարկները դարձել են հնարավոր և հանդիսանում են հաշվողական քիմիայի հիմնական գործիքներից մեկը։

Փորձելով ճշտորեն որոշել, թե ատոմների դասավորությունը արդյոք բավական կայուն է մոլեկուլ կոչվելու համար, IUPAC-ը ենթադրում է, որ այն «պետք է համապատասխանի պոտենցիալ էներգիայի մեծությանը, որը բավական է գոնե մեկ տատանողական շարժում սահմանափակելու համար»^[1]։ Այս բնորոշումը կախված չէ ատոմների միջև փոխազդեցության բնույթից, այլ միայն փոխազդեցության ուժից։ Իրականում այն իր մեջ ներառում է թույլ կապերով միացություններ, որոնք սովորաբար չեն համարվում մոլեկուլներ, այդպիսիք են հելիումի դիմերը՝ He₂, որն ունի մեկ տատանողական կապված վիճակ^[25], բայց այն այնքան թույլ է, որ նկատվում է միայն շատ ցածր ջերմաստիճաններում։

«Բավականաչափ կայուն ատոմների դասավորությունը համարվում է մոլեկուլ» բնորոշումն ըստ էության հարաբերական է։ Փիլիսոփայորեն, ի տարբերություն տարրական մասնիկի, «մոլեկուլ» հասկացությունը ֆունդամենտալ չէ, ավելի շուտ այն իրենից ներկայացնում է քիմիկոսի տեսակետ՝ անել պիտանի պնդումներ մեզ շրջապատող միջավայրում, աշխարհի մասշտաբով ատոմների փոխազդեցությունների ուժեղ կողմերի մասին։

Տես նաև

• Ատոմ
• Մոլեկուլային կենսաբանություն

Ծանոթագրություններ

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "Molecule". doi:10.1351/goldbook.M04002
2. Brown, T.L.; Kenneth C. Kemp; Theodore L. Brown; Harold Eugene LeMay; Bruce Edward Bursten (2003). Chemistry – the Central Science (9th ed.). New Jersey: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-066997-1.
3. Ebbin, Darrell D. (1990). General Chemistry (3rd ed.). Boston: Houghton Mifflin Co. ISBN 978-0-395-43302-7.
4. Chang, Raymond (1998). Chemistry (6th ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
5. Zumdahl, Steven S. (1997). Chemistry (4th ed.). Boston: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-669-41794-4.
6. Chandra, Sulekh (2005). Comprehensive Inorganic Chemistry. New Age Publishers. ISBN 978-81-224-1512-4.
7. «Molecule». Encyclopædia Britannica. 2016 թ․ հունվարի 22. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 23-ին.
8. Harper, Douglas. «molecule». Online Etymology Dictionary. Վերցված է 2016-02-22-ին.
9. «molecule». Merriam-Webster. Վերցված է 2016 թ․ փետրվարի 22-ին.
10. Molecule Definition (Frostburg State University)
11. Iwata, Kota; Yamazaki, Shiro; Mutombo, Pingo; Hapala, Prokop; Ondráček, Martin; Jelínek, Pavel; Sugimoto, Yoshiaki (2015). «Chemical structure imaging of a single molecule by atomic force microscopy at room temperature». Nature Communications. 6: 7766. Bibcode:2015NatCo...6E7766I. doi:10.1038/ncomms8766. PMC 4518281. PMID 26178193.
12. Dinca, L.E.; De Marchi, F.; MacLeod, J.M.; Lipton-Duffin, J.; Gatti, R.; Ma, D.; Perepichka, D.F.; Rosei, F. (2015). «Pentacene on Ni(111): Room-temperature molecular packing and temperature-activated conversion to graphene». Nanoscale. 7 (7): 3263–9. Bibcode:2015Nanos...7.3263D. doi:10.1039/C4NR07057G. PMID 25619890.
13. Hapala, Prokop; Švec, Martin; Stetsovych, Oleksandr; Van Der Heijden, Nadine J.; Ondráček, Martin; Van Der Lit, Joost; Mutombo, Pingo; Swart, Ingmar; Jelínek, Pavel (2016). «Mapping the electrostatic force field of single molecules from high-resolution scanning probe images». Nature Communications. 7: 11560. Bibcode:2016NatCo...711560H. doi:10.1038/ncomms11560. PMC 4894979. PMID 27230940.
14. The Hutchinson unabridged encyclopedia with atlas and weather guide. Oxford, England. OCLC 696918830.
15. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7. Վերցված է 2012 թ․ փետրվարի 5-ին.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
16. Campbell, Flake C. (2008). Elements of Metallurgy and Engineering Alloys (անգլերեն). ASM International. ISBN 978-1-61503-058-3.
17. Roger L. DeKock; Harry B. Gray; Harry B. Gray (1989). Chemical structure and bonding. University Science Books. էջ 199. ISBN 978-0-935702-61-3.
18. Chang RL; Deen WM; Robertson CR; Brenner BM (1975). «Permselectivity of the glomerular capillary wall: III. Restricted transport of polyanions». Kidney Int. 8 (4): 212–218. doi:10.1038/ki.1975.104. PMID 1202253.
19. Chang RL; Ueki IF; Troy JL; Deen WM; Robertson CR; Brenner BM (1975). «Permselectivity of the glomerular capillary wall to macromolecules. II. Experimental studies in rats using neutral dextran». Biophys. J. 15 (9): 887–906. Bibcode:1975BpJ....15..887C. doi:10.1016/S0006-3495(75)85863-2. PMC 1334749. PMID 1182263.
20. Wink, Donald J.; Fetzer-Gislason, Sharon; McNicholas, Sheila (2003). The Practice of Chemistry (անգլերեն). Macmillan. ISBN 978-0-7167-4871-7.
21. «ChemTeam: Empirical Formula». www.chemteam.info. Վերցված է 2017 թ․ ապրիլի 16-ին.
22. Hirsch, Brandon E.; Lee, Semin; Qiao, Bo; Chen, Chun-Hsing; McDonald, Kevin P.; Tait, Steven L.; Flood, Amar H. (2014). «Anion-induced dimerization of 5-fold symmetric cyanostars in 3D crystalline solids and 2D self-assembled crystals». Chemical Communications. 50 (69): 9827–30. doi:10.1039/C4CC03725A. PMID 25080328.
23. Zoldan, V. C.; Faccio, R; Pasa, A.A. (2015). «N and p type character of single molecule diodes». Scientific Reports. 5: 8350. Bibcode:2015NatSR...5E8350Z. doi:10.1038/srep08350. PMC 4322354. PMID 25666850.
24. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "Spectroscopy". doi:10.1351/goldbook.S05848
25. Anderson JB (May 2004). «Comment on "An exact quantum Monte Carlo calculation of the helium-helium intermolecular potential" [J. Chem. Phys. 115, 4546 (2001)]». J Chem Phys. 120 (20): 9886–7. Bibcode:2004JChPh.120.9886A. doi:10.1063/1.1704638. PMID 15268005.

Արտաքին հղումներ

• Molecule of the Month – School of Chemistry, University of Bristol

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Մոլեկուլ» հոդվածին։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 7, էջ 683)։