Atomi su male čestice koje čine materiju. Nemoguće je ni zamisliti koliko su male. Ako stavimo sto miliona atoma u lanac, dobićemo nit dužine samo 1 cm. U tankom listu papira verovatno ima najmanje milion slojeva atoma. Nauka poznaje više od stotinu vrsta atoma; povezujući se jedni s drugima, formiraju sve supstance koje nas okružuju.
Koncept atoma
Ideja da se sve u prirodi sastoji od atoma nastala je davno. Još prije 2500 godina, drevni grčki filozofi su vjerovali da se materija sastoji od čestica koje se ne mogu podijeliti. Sama riječ "atom" potiče od grčke riječi "atomos", što znači "nedjeljiv". U staroj Grčkoj (vidi članak „“), filozofi su raspravljali o hipotezi da se sva materija na svijetu sastoji od nedjeljivih čestica. Istina, Aristotel je sumnjao u to.
Termin "atom" prvi je upotrebio engleski hemičar Džon Dalton (1766-1844). Godine 1807. Dalton je iznio svoju atomsku teoriju. Atomima je nazvao male čestice koje čine bilo koju supstancu koja se ne mijenja tokom hemijskih reakcija. Prema Daltonu, to je proces kojim se atomi spajaju ili odvajaju jedan od drugog. Daltonova atomska teorija leži u osnovi ideja modernih naučnika.
Početkom ovog veka naučnici su počeli da grade modele atoma. Ernest Rutherford (1871 - 1937) je pokazao da negativno nabijeni elektroni kruže oko pozitivno nabijenog jezgra. Niels Bohr (1885 - 1962) je tvrdio da se elektroni kreću u određenim orbitama. James Chadwick (1891 - 1974) je 1932. ustanovio da se jezgro atoma sastoji od čestica koje je nazvao protona I neutroni.
Atomi se sastoje od čestica čak i manjih od njih samih, tzv osnovno. Središte atoma je njegovo jezgro. Sastoji se od dvije vrste elementarnih čestica - protona i neutrona. Postoje i druge elementarne čestice u atomu - elektrona; okreću se oko jezgra. Postoji mnogo različitih elementarnih čestica. Naučnici vjeruju da se od protona i neutrona sastoje kvarkovi. Elementarne čestice koje čine atom drže zajedno svojim električnim nabojem. Protoni su pozitivno nabijeni, a elektroni negativno. Neutroni nemaju naboj, tj. su električno neutralni. Čestice koje nose suprotne električne naboje privlače se jedna drugoj. Privlačenje negativno nabijenih elektrona na pozitivno nabijene protone smještene u atomskom jezgru drži elektrone u orbitama oko tog jezgra. Atom sadrži jednak broj pozitivno nabijenih protona i negativno nabijenih elektrona, a atom je električno neutralan.
Elektroni u atomu su na različitim energetskim nivoima, ili ljuskama. Svaka ljuska se sastoji od određenog broja elektrona. Kada se napuni sljedeća ljuska, novi elektroni ulaze u sljedeću ljusku. Većinu zapremine atoma zauzima prazan prostor između elementarnih čestica. Negativno nabijeni elektroni se drže na svom energetskom nivou silom privlačenja prema pozitivno nabijenim protonima jezgra.
Struktura atoma se često opisuje u striktnom dijagramu, ali danas naučnici vjeruju da elektroni postoje u svojim orbitama u nejasnom stanju. Ova ideja se ogleda na slici, gde su orbite elektrona predstavljene kao „oblaci“. Tako biste vidjeli molekul pod elektronskim mikroskopom. Različiti nivoi elektronske gustine su prikazani jednakim. Područje najveće gustine označeno je tirkiznom bojom.
Atomski broj i atomska masa
Atomski broj je broj protona u atomskom jezgru. Po pravilu, atom sadrži isti broj protona i elektrona, pa se po atomskom broju može prosuditi i koliko elektrona ima u atomu. Različiti atomi sadrže različit broj protona. Jezgro atoma fosfora ima 15 protona i 16 neutrona, što znači da mu je atomski broj 15. Jezgro atoma zlata ima 79 protona i 118 neutrona: dakle, atomski broj zlata je 79.
Što više protona i neutrona ima atom, veća je njegova masa (vrijednost koja pokazuje količinu tvari u atomu). Zbir broja protona i broja neutrona nazivamo atomskom masom. Atomska masa fosfora je 31. Prilikom izračunavanja atomske mase elektroni se ne uzimaju u obzir, jer je njihova masa zanemarljiva u odnosu na masu atoma. Postoji poseban uređaj - maseni spektrometar. Omogućava vam da odredite masu svakog atoma.
Izotopi
Većina elemenata ima izotope čiji atomi imaju malo drugačiju strukturu. Broj protona i elektrona u atomima jednog izotopa je uvijek konstantan. Atomi izotopa razlikuju se po broju neutrona u jezgru. Dakle, svi izotopi istog elementa imaju isti atomski broj, ali različitu atomsku masu. Na ovoj slici vidite tri izotopa ugljika. Izotop C12 ima 6 neutrona i 6 protona. C 13 ima 7 neutrona. Jezgro izotopa C 12 ima osam neutrona i 6 protona.
Fizička svojstva izotopa su različita, ali imaju ista hemijska svojstva. Obično većina atoma elementa (tvar sastavljena od jedne vrste atoma) pripada jednom izotopu, dok se drugi izotopi pojavljuju u manjim količinama.
Molekule
Atomi se rijetko nalaze u slobodnom stanju. U pravilu se vežu jedni za druge i formiraju molekule ili druge, masivnije strukture. Molekul je najmanja čestica supstance koja može postojati nezavisno. Sastoji se od atoma koji se drže zajedno vezama. Na primjer, molekula ima dva atoma povezana s atomom kisika. Atomi se drže zajedno nabojima čestica koje ih čine. Kada opisuju strukturu molekula, naučnici pribjegavaju pomoći modeli. U pravilu koriste strukturne i prostorne modele. Strukturni modeli predstavljaju veze koje drže atome zajedno kao štapiće. U prostornim modelima atomi su međusobno čvrsto povezani. Naravno, model ne izgleda kao pravi molekul. Modeli su napravljeni da pokažu od kojih se atoma sastoji određeni molekul.
Hemijske formule
Hemijska formula tvari pokazuje koliko atoma kojih elemenata je uključeno u jedan molekul. Svaki atom je predstavljen simbolom. U pravilu se kao simbol bira prvo slovo engleskog, latinskog ili arapskog naziva elementa. Na primjer, molekula ugljičnog dioksida sastoji se od dva atoma kisika i jednog atoma ugljika, pa je formula ugljičnog dioksida CO2. Dva atoma označavaju broj atoma kiseonika u molekuli.
Ovaj eksperiment će vam pokazati da se molekule tvari drže zajedno privlačnim silama. Napunite čašu vodom do vrha. Pažljivo ubacite nekoliko novčića u čašu. Vidjet ćete da se vodena kupola uzdigla iznad ivica stakla. , koji međusobno privlači molekule vode, može zadržati malo vode iznad rubova čaše. Ova sila se zove sila površinski napon.
Sve tvari u prirodi su sastavljene od vrlo malih čestica koje se nazivaju molekuli. Ove čestice u materiji stalno su u interakciji jedna s drugom. Ne mogu se vidjeti golim okom. U članku ćemo razmotriti pojam, osnovna svojstva i karakteristike molekula.
Molekule su čestice koje imaju neutralan električni naboj i sastoje se od različitog broja atoma. Njihov je broj, u pravilu, uvijek veći od dva, a ti atomi su međusobno povezani kovalentnom vezom. Po prvi put je u Francuskoj postalo poznato postojanje molekula. Za ovo moramo odati priznanje fizičaru Jeanu Perrinu, koji je napravio ovo veliko otkriće 1906. godine. Sastav molekula je konstantan. Ona to ne menja tokom čitavog svog postojanja. Struktura ove male čestice ovisi o fizičkim svojstvima tvari koju formira.
Nadamo se da ste iz ovog članka dobili puno korisnih i zanimljivih informacija o molekulama. Sada znate tačno kakva je to čestica, i imate ideju o njenom sastavu, osnovnim svojstvima i kako naučnici iz oblasti hemije proučavaju molekule.
Kada se dva ili više atoma međusobno kemijski vežu, nastaju molekuli. Nije bitno da li su ti atomi isti ili su potpuno različiti jedan od drugog, kako po obliku tako i po veličini. Shvatit ćemo kolika je veličina molekula i o čemu ovisi.
Šta su molekuli?
Hiljadama godina naučnici su razmišljali o misteriji života, šta se tačno dešava kada on počne. Prema najstarijim kulturama, život i sve na ovom svijetu sastoji se od osnovnih elemenata prirode - zemlje, zraka, vjetra, vode i vatre. Međutim, s vremenom su mnogi filozofi počeli iznositi ideju da su sve stvari sastavljene od sićušnih, nedjeljivih stvari koje se ne mogu stvoriti ili uništiti.
Međutim, tek nakon pojave atomske teorije i moderne hemije, naučnici su počeli da postuliraju da čestice, uzete zajedno, stvaraju osnovne građevne blokove svih stvari. Tako je nastao pojam koji se u kontekstu moderne teorije čestica odnosi na najmanje jedinice mase.
Po svojoj klasičnoj definiciji, molekul je najmanja čestica supstance koja pomaže u održavanju njenih hemijskih i fizičkih svojstava. Sastoji se od dva ili više atoma, ili grupa identičnih ili različitih atoma, koje zajedno drže hemijske sile.
Koja je veličina molekula? U 5. razredu prirodna historija (školski predmet) daje samo opću predstavu o veličinama i oblicima; ovo pitanje se detaljnije proučava u srednjoj školi na časovima hemije.
Primjeri molekula
Molekuli mogu biti jednostavni ili složeni. Evo nekoliko primjera:
- H 2 O (voda);
- N 2 (azot);
- O 3 (ozon);
- CaO (kalcijum oksid);
- C 6 H 12 O 6 (glukoza).
Molekule koje se sastoje od dva ili više elemenata nazivaju se spojevima. Dakle, voda, kalcijum oksid i glukoza su spojevi. Nisu svi spojevi molekuli, ali svi molekuli su jedinjenja. Koliko velike mogu biti? Koja je veličina molekula? Poznato je da se gotovo sve oko nas sastoji od atoma (osim svjetlosti i zvuka). Njihova ukupna težina će biti masa molekula.
Molekularna masa
Kada govore o veličini molekula, većina naučnika polazi od molekularne težine. Ovo je ukupna težina svih atoma uključenih u njega:
- Voda, koja se sastoji od dva atoma vodika (koji imaju po jednu atomsku jedinicu mase) i jednog atoma kisika (16 jedinica atomske mase), ima molekulsku težinu od 18 (tačnije, 18,01528).
- Glukoza ima molekulsku težinu od 180.
- DNK, koja je veoma duga, može imati molekularnu težinu koja je oko 1010 (približna težina jednog ljudskog hromozoma).
Mjerenje u nanometrima
Osim mase, možemo mjeriti i koliki su molekuli u nanometrima. Prečnik jedinice vode je oko 0,27 Nm. DNK doseže 2 nm u prečniku i može se protegnuti i do nekoliko metara u dužinu. Teško je zamisliti kako takve dimenzije mogu stati u jednu ćeliju. Odnos dužine i debljine DNK je neverovatan. To je 1/100.000.000, što je kao ljudska kosa dužine fudbalskog terena.
Oblici i veličine
Koja je veličina molekula? Dolaze u različitim oblicima i veličinama. Voda i ugljični dioksid su među najmanjima, proteini među najvećima. Molekule su elementi sastavljeni od atoma koji su međusobno povezani. Razumijevanje izgleda molekula tradicionalno je dio hemije. Osim njihovog neshvatljivo čudnog hemijskog ponašanja, jedna od važnih karakteristika molekula je njihova veličina.
Gdje bi saznanje koliko su velike molekule moglo biti posebno korisno? Odgovor na ovo i mnoga druga pitanja pomaže u području nanotehnologije, budući da se koncept nanorobota i pametnih materijala nužno bavi efektima molekularnih veličina i oblika.
Koja je veličina molekula?
U 5. razredu prirodna istorija na ovu temu daje samo opšte informacije da se svi molekuli sastoje od atoma koji su u stalnom nasumičnom kretanju. U srednjoj školi već možete vidjeti strukturne formule u udžbenicima hemije koje podsjećaju na stvarni oblik molekula. Međutim, nemoguće je izmjeriti njihovu dužinu pomoću običnog ravnala, a da biste to učinili, morate znati da su molekuli trodimenzionalni objekti. Njihova slika na papiru je projekcija na dvodimenzionalnu ravan. Dužina molekula se mijenja odnosom između dužina njegovih uglova. Postoje tri glavna:
- Ugao tetraedra je 109° kada su sve veze tog atoma sa svim ostalim atomima jednostruke (samo jedna crtica).
- Ugao šesterokuta je 120° kada jedan atom ima jednu dvostruku vezu s drugim atomom.
- Ugao linije je 180° kada atom ima ili dvije dvostruke veze ili jednu trostruku vezu s drugim atomom.
Stvarni uglovi se često razlikuju od ovih uglova jer se mora uzeti u obzir niz različitih efekata, uključujući elektrostatičke interakcije.
Kako zamisliti veličinu molekula: primjeri
Koja je veličina molekula? U 5. razredu odgovori na ovo pitanje, kao što smo već rekli, su opšti. Učenici znaju da je veličina ovih jedinjenja veoma mala. Na primjer, ako pretvorite molekul pijeska u jednom zrnu pijeska u cijelo zrno pijeska, tada biste ispod nastale mase mogli sakriti kuću od pet spratova. Koja je veličina molekula? Kratak odgovor, koji je takođe naučniji, je sledeći.
Molekularna masa je izjednačena sa omjerom mase cijele tvari i broja molekula u tvari ili omjerom molarne mase i Avogadrove konstante. Jedinica mjere je kilogram. U prosjeku, molekulska težina je 10 -23 -10 -26 kg. Uzmimo za primjer vodu. Njegova molekularna težina će biti 3 x 10 -26 kg.
Kako veličina molekula utiče na privlačne sile?
Za privlačenje između molekula odgovorna je elektromagnetna sila, koja se manifestira kroz privlačenje suprotnih naboja i odbijanje sličnih naboja. Elektrostatička sila koja postoji između suprotnih naboja dominira interakcijama između atoma i između molekula. Gravitaciona sila je u ovom slučaju toliko mala da se može zanemariti.
U ovom slučaju veličina molekula utječe na silu privlačenja kroz elektronski oblak nasumičnih distorzija koje nastaju tijekom raspodjele elektrona molekula. U slučaju nepolarnih čestica, koje pokazuju samo slabe van der Waalsove interakcije ili disperzijske sile, veličina molekula ima direktan utjecaj na veličinu elektronskog oblaka koji okružuje navedeni molekul. Što je veći, veće je naelektrisano polje koje ga okružuje.
Veći elektronski oblak znači da se više elektronskih interakcija može dogoditi između susjednih molekula. Kao rezultat toga, jedan dio molekule razvija privremeni pozitivni djelomični naboj, dok drugi razvija negativni djelomični naboj. Kada se to dogodi, molekul može polarizirati elektronski oblak svog susjeda. Privlačenje nastaje zato što je djelomična pozitivna strana jednog molekula privučena djelomično negativnom stranom drugog.
Zaključak
Dakle, koliko su veliki molekuli? U prirodnoj istoriji, kako smo saznali, može se naći samo figurativna ideja o masi i veličini ovih najmanjih čestica. Ali znamo da postoje jednostavna i složena jedinjenja. A druga kategorija uključuje takav koncept kao što je makromolekula. To je vrlo velika jedinica, kao što je protein, koja se obično stvara polimerizacijom manjih podjedinica (monomera). Obično se sastoje od hiljada atoma ili više.
Svaki dan koristimo neke predmete: uzimamo ih u ruke, vršimo bilo kakve manipulacije na njima - okrećemo ih, ispitujemo i na kraju ih razbijamo. Da li ste ikada razmišljali o tome od čega su napravljeni ovi predmeti? "O čemu možemo razmišljati ovdje? Od metala/drva/plastike/tkanine!" - odgovoriće mnogi od nas zbunjeno. Ovo je djelimično tačan odgovor. Od čega su ovi materijali napravljeni - metala, drveta, plastike, tkanine i mnogih drugih materija? Danas ćemo razgovarati o ovom pitanju.
Molekul i atom: definicija
Za upućenu osobu, odgovor je jednostavan i banalan: od atoma i molekula. Ali neki ljudi se zbune i počnu postavljati pitanja: "Šta su atom i molekul? Kako izgledaju?" itd. Odgovorimo na ova pitanja redom. Pa, prvo, šta su atom i molekul? Odmah da vam kažemo da ove definicije nisu ista stvar. I više od toga, ovo su potpuno različiti pojmovi. Dakle, atom je najmanji dio hemijskog elementa, koji je nosilac njegovih svojstava, čestica supstance oskudne mase i veličine. Molekula je električki neutralna čestica koju formira nekoliko povezanih atoma.
Šta je atom: struktura
Atom se sastoji od elektronske ljuske i (fotografija). Zauzvrat, jezgro se sastoji od protona i neutrona, a ljuska se sastoji od elektrona. U atomu su protoni pozitivno nabijeni, elektroni negativno, a neutroni uopće nisu nabijeni. Ako broj protona odgovara, onda je atom električno neutralan, tj. Ako dodirnemo supstancu formiranu od molekula s takvim atomima, nećemo osjetiti ni najmanji električni impuls. A čak ni super-moćni računari neće ga uhvatiti zbog odsustva potonjeg. Ali dešava se da ima više protona nego elektrona, i obrnuto. Tada bi bilo ispravnije takve atome nazvati jonima. Ako u njemu ima više protona, onda je električno pozitivno, ali ako prevladavaju elektroni, električno je negativno. Svaki određeni atom ima strogi broj protona, neutrona i elektrona. I to se može izračunati. Predložak za rješavanje problema pronalaženja broja ovih čestica izgleda ovako:
Chem. element - R (umetnuti naziv elementa)
Protoni (p) - ?
Elektroni (e) - ?
Neutroni (n) - ?
Rješenje:
p = serijski broj hemikalije. element R u periodnom sistemu po imenu D.I. Mendeljejev
e = p
n = A r (R) - Ne. R
Šta je molekul: struktura
Molekul je najmanja čestica hemijske supstance, odnosno već je direktno uključena u njen sastav. Molekul određene tvari sastoji se od nekoliko identičnih ili različitih atoma. Strukturne karakteristike molekula zavise od fizičkih svojstava supstance u kojoj se nalaze. Molekule se sastoje od elektrona i atoma. Lokacija potonjeg može se pronaći pomoću strukturne formule. omogućava vam da odredite napredak hemijske reakcije. Obično su neutralni (nemaju električni naboj) i nemaju nesparene elektrone (sve valencije su zasićene). Međutim, oni također mogu biti nabijeni, u tom slučaju njihov pravi naziv je joni. Molekuli također mogu imati nesparene elektrone i nezasićene valencije - u ovom slučaju se nazivaju radikali.
Zaključak
Sada znate šta je atom i sve supstance, bez izuzetka, sastoje se od molekula, a ove su zauzvrat izgrađene od atoma. Fizička svojstva tvari određuju raspored i povezanost atoma i molekula u njoj.
Molekul (francuski molekul, od latinskog moles - masa) je najmanja čestica supstance koja je sposobna za samostalno postojanje, koja posjeduje svoja hemijska svojstva.
Proučavanje strukture i svojstava molekula je dobilo izuzetan interes za razumevanje submikroskopske strukture ćelija i tkiva, kao i mehanizma bioloških procesa na molekularnom nivou. Veliki napredak u proučavanju strukture molekula, a posebno molekula biopolimera kao što su proteini i nukleinske kiseline, pokazao je da se najvažnije funkcije ovih supstanci u organizmima obavljaju na nivou pojedinačnih molekula i da ih stoga treba proučavan kao molekularni fenomen. Utvrđeno je, na primjer, da se funkcije proteina kao što su enzimske, strukturne, kontraktilne, imunološke, transportne (reverzibilno vezivanje i prijenos vitalnih supstanci) javljaju na molekularnom nivou i direktno su određene strukturom i svojstvima molekula ove supstance. Nasljednost i varijabilnost organizama povezani su sa posebnom strukturom i svojstvima molekula nukleinskih kiselina, koje sadrže sve genetske informacije potrebne za sintezu proteina u tijelu. Mala odstupanja u strukturi ili sastavu molekula niza biološki važnih supstanci ili promjene u molekularnom mehanizmu određenih metaboličkih procesa uzrok su niza bolesti (npr. anemija srpastih stanica, nasljedna galaktozemija, dijabetes melitus itd. .), nazvane molekularne bolesti.
Molekul svake supstance sastoji se od određenog broja atoma (vidi) jednog hemijskog elementa (jednostavne supstance) ili različitih elemenata (složene supstance), ujedinjenih hemijskim (valentnim) vezama. Sastav molekula izražava se hemijskom formulom u kojoj znaci elemenata označavaju vrstu atoma koji čine molekulu, a brojevi u donjem desnom uglu označavaju koliko je atoma svakog elementa uključeno u molekulu. Dakle, iz hemijske formule glukoze C 6 H 12 O 6 proizilazi da se molekul glukoze sastoji od 6 atoma ugljika, 12 atoma vodika i 6 atoma kisika. Molekuli inertnih plinova i para nekih metala su jednoatomni. Ovo su najjednostavniji molekuli. Najsloženiji molekuli su proteini (vidi), nukleinske kiseline (vidi) i drugi biopolimeri, koji se sastoje od više hiljada atoma.
Da bi se pronašla kemijska formula molekula, potrebno je odrediti približnu molekulsku masu (cm) ispitivane tvari i najjednostavniju (empirijsku) formulu njene molekule. Potonji se izvodi iz procentualnog sastava date supstance i atomske težine (vidi) hemijskih elemenata koji čine ovu supstancu. Na primjer, hemijskom analizom utvrđeno je da se benzen sastoji od 92,26% ugljika i 7,74% vodonika. Iz toga slijedi da je omjer broja ugljikovih atoma i broja atoma vodika u molekuli benzena jednak:
gdje su 12,011 i 1,008 atomske težine ugljika i vodonika, respektivno. Stoga bi najjednostavnija formula za benzen trebala biti CH. Poređenjem najjednostavnije formule benzena sa njegovom približnom molekulskom težinom (78,1), koja je eksperimentalno pronađena, utvrđuje se njegova stvarna, odnosno istinita formula C 6 H 6.
Veličine molekula su izražene u A. Na primjer, prečnik molekule vode, pod pretpostavkom da ima sferni oblik, je 3,8 A. Molekuli visokomolekularnih supstanci su mnogo veći, na primjer, linearne dimenzije velike i male ose štapićastih molekula goveđeg fibrinogena su 700 i 40 A, a za virus mozaika duhana - 2800 i 152 A, respektivno. Mjera relativne mase molekula je molekulska težina (cm), čija se vrijednost kreće od nekoliko jedinica do miliona.
Slijed u kojem su atomi povezani u molekulu (hemijska struktura molekula prema A.M. Butlerovu) prikazan je takozvanim strukturnim formulama. Na primjer, hemijska struktura octene kiseline C 2 H 4 O 2 predstavljena je sljedećom strukturnom formulom: 
gdje svaka linija označava jedinicu valencije (cm), broj linija koje se približavaju atomu jednak je njegovoj valenciji u datom spoju.
Hemijska struktura molekule, utvrđena na osnovu određivanja molekulske težine, hemijskog sastava i proučavanja hemijskih svojstava ispitivane supstance i konačno potvrđena njenom sintezom iz supstanci čija je hemijska struktura poznata, važan je faktor. određivanje svojstava supstance, posebno njenog farmakološkog delovanja, toksičnosti i bioloških funkcija. Razlika u svojstvima izomera (vidi Izomerizam) je primjer ovisnosti svojstava tvari o kemijskoj strukturi njihovih molekula. Atomski sastav molekula izomera je isti, na primjer, dimetil eter i etil alkohol, kao izomeri, imaju iste hemijske formule C 2 H 6 O, ali su njihove strukturne formule različite: 
što objašnjava njihova različita svojstva.
Sposobnost atoma da formira određeni broj hemijskih veza sa drugim atomima u molekulima naziva se valentnost datog atoma. Kada se formira hemijska (valentna) veza, dolazi do preuređivanja vanjskih (valentnih) elektrona atoma u interakciji, uslijed čega vanjske elektronske ljuske atoma u molekuli dobijaju stabilnu strukturu karakterističnu za atome inertnih plinova ( vidi) i obično se sastoji od osam elektrona (elektronski oktet). Ovisno o metodi preuređivanja valentnih elektrona, razlikuje se nekoliko glavnih tipova kemijskih veza.
Jonske (elektrovalentne) veze nastaju između atoma elemenata koji se jako razlikuju po hemijskim svojstvima, na primjer, između atoma alkalnih metala i atoma halogena. U ovom slučaju, atom metala predaje elektron atomu halogena (slika 1).
Rice. 1. Formiranje molekula natrijum hlorida.
Atom koji donira elektron postaje pozitivno nabijeni ion. Atom koji prihvati elektron postaje negativno nabijen ion. Suprotno nabijeni ioni koji nastaju na ovaj način privlače jedni druge, formirajući molekul. Molekule i spojevi s ionskim vezama (na primjer, soli i oksidi metala prve i druge grupe periodnog sistema elemenata) nazivaju se heteropolarni. Jonsku vezu karakterizira visoka čvrstoća (energija veze), tj. rad potreban da se molekula razbije na pojedinačne ione.
Kovalentna (atomska) veza nastaje kada međusobno djeluju atomi sa identičnim ili sličnim svojstvima. U ovom slučaju, svaki od spojnih atoma daje jedan ili više valentnih elektrona da bi formirao par (ili nekoliko parova elektrona), koji postaje zajednički za oba atoma. Uopšteni par elektrona, koji obavija jezgra spojnih atoma u njihovom kretanju, drži ih jedan blizu drugog. Molekule s kovalentnim vezama uključuju molekule jednostavnih plinova, oksida i jedinjenja vodika, nemetala i mnogih organskih spojeva: 
Tačke označavaju elektrone koji se nalaze na vanjskim elektronskim omotačima atoma, a kemijski simboli označavaju jezgra atoma sa svim elektronskim omotačima osim vanjskih. Par elektrona koji vezuje atome odgovara valentnoj osobini u uobičajenim strukturnim formulama.
Molekule u kojima se poklapaju električni centri gravitacije negativnog (elektroni) i pozitivnih (atomska jezgra) naboja nazivaju se homeopolarni. To uključuje, na primjer, molekule jednostavnih plinova i ugljikovodika. Ako se električni centri gravitacije negativnih i pozitivnih naboja u molekulima ne poklapaju, molekule se nazivaju polarnim (na primjer, molekuli vode, amonijaka, vodikovih halogenida, alkohola, ketona, aldehida, etera). Polarni molekul se ponaša kao dipol, odnosno sistem dva električna naboja e+ i e-, jednakih po veličini, ali suprotnog znaka, koji se nalaze na udaljenosti h jedan od drugog (slika 2).
Rice. 2. Dipolni dijagram.
Proizvod e·h=μ naziva se dipolni moment molekula. Ovo posljednje je mjera polariteta molekula. Supstance koje se sastoje od polarnih molekula imaju veće tačke ključanja, specifične toplote, toplotu isparavanja i površinski napon od supstanci koje se sastoje od homeopolarnih molekula. Interakcija između polarnih molekula jedan je od razloga asocijacije molekula u tekućinama, a interakcija polarnih molekula otapala sa polarnim molekulima ili otopljenim ionima je solvatacija ovih potonjih. Brzina difuzije polarnih molekula kroz staničnu membranu je manja od one za homeopolarne molekule.
Koordinirajuća (semipolarna, donor-akceptorska) veza je vrsta kovalentne veze koja se javlja između atoma koji su dio različitih molekula, od kojih jedan ima usamljeni par elektrona, a drugom nedostaju dva elektrona za formiranje stabilne vanjske elektronske ljuske . Ova vrsta veze je tipična za složena jedinjenja. Na primjer, kombinacija molekule amonijaka NH 3 s molekulom bor-fluorida BF3 u kompleksnu molekulu bor-fluorida amonijaka izvodi se usamljenim parom dušikovih elektrona
Atom dušika služi kao donor, atom bora kao akceptor elektronskog para.
Vodikova veza se javlja između atoma vodika koji je kovalentno vezan za F, O ili N atom i F, O ili N atoma koji se nalaze u drugim molekulima. Jačina vodonične veze je mala (5-10 kcal/mol), ali je dovoljna za formiranje molekularnih asocijacija u tečnostima i rastvorima. U vodi, na primjer, takve asocijacije imaju sljedeću strukturu (vodikove veze su označene isprekidanim linijama): 
Vodikove veze nastaju ne samo između molekula, već i između atoma unutar istog molekula; To su takozvane intramolekularne vodonične veze (vodikovi mostovi). Primjer takve veze je vodikova veza između atoma vodika i atoma kisika u molekuli o-metil salicilata: 
Zbog prisustva ove veze, svojstva o-metil salicilata oštro se razlikuju od svojstava m- i n-izomera. Prisustvo vodikovih mostova u molekulima nukleinskih kiselina, proteina i drugih polimera u velikoj mjeri određuje labilnost ovih molekula. Vodikove veze igraju značajnu ulogu u submikroskopskoj strukturi protoplazme.
Uz pomoć difrakcije rendgenskih zraka, elektrona i neutrona, molekularne spektroskopije i nuklearne magnetne rezonancije, bilo je moguće utvrditi prostorni raspored pojedinačnih atoma u molekuli, odnosno geometrijsku konfiguraciju molekula određenog broja tvari. , uključujući molekule biološki važnih supstanci.
Definicija prostorne konfiguracije molekula sastoji se od definicije takozvanog skeleta molekula, odnosno prostornog rasporeda jezgara atoma koji ga formiraju, i raspodjele elektrona unutar date molekule.
Jezgro molekula se nalazi na osnovu podataka o dužini veze i uglovima veze koji su određeni gore navedenim metodama. Dužina veze je udaljenost između centara dva atoma u molekulu koji su međusobno povezani kovalentnom vezom. Manji ugao formiran pravim linijama koje povezuju centre dva atoma A 1 i A 2 sa centrom trećeg atoma A 3 u datoj molekuli naziva se vezni ugao. Jezgro molekula nije apsolutno kruto. Na primjer, u molekulama organskih jedinjenja atomi ugljika mogu rotirati oko pojedinačnih (jednostavnih) veza, dok se relativni položaj jezgara mijenja, ali redoslijed veza atoma u molekuli, dužina veza i uglovi veze ostaju konstantni. . Ovi različiti oblici molekula koji nastaju rotacijom atoma ugljika oko jedne veze nazivaju se konformacije. Različite konformacije iste molekule lako i reverzibilno prelaze jedna u drugu, što objašnjava odsustvo rotacijskih izomera i prelazak molekula u oblik koji je najpogodniji za odvijanje određene reakcije.
Raspodjela elektrona u molekulima se uglavnom pronalazi pomoću teorijskih proračuna, koji se zasnivaju na dva osnovna principa kvantne hemije. Prvi od njih navodi da se elektroni u atomima i molekulama mogu locirati samo na diskretnim i potpuno definiranim energetskim razinama. Prema drugom principu, elektroni u atomima i molekulima ne mogu se smatrati tačkastim česticama čiji se položaj i brzina u molekulu (ili atomu) mogu precizno odrediti za svaki trenutak vremena. U stvarnosti, kao što kvantna mehanika uči, možete odrediti samo vjerovatnoću da se elektron nalazi u nekim dijelovima prostora u datom trenutku. Stoga se može zamisliti da je naboj elektrona, takoreći, „rasprostranjen“ u određenom području prostora u obliku elektronskog oblaka, čija je raspodjela u prostoru određena odgovarajućom matematičkom funkcijom (tzv. valna funkcija elektrona ili njegove molekularne orbitale (ili atomske orbitale, ako je njegova distribucija određena u atomu).
Pokazalo se da nisu svi elektroni u molekulu podjednako važni za njegova hemijska svojstva. Na primjer, u molekuli s velikim brojem dvostrukih veza, koja uključuje ogromnu većinu spojeva koji imaju dominantnu ulogu u vitalnim procesima, elektroni se mogu podijeliti u dvije vrste. Prvi tip uključuje σ-elektrone koji su uključeni u formiranje jednostrukih veza, drugi tip uključuje p-elektrone uključene u formiranje dvostrukih veza. Prvi čine kruti kostur molekula i lokalizirani su u parovima između susjednih atoma. Potonji formiraju mnogo difuzniji oblak, koji pokriva cijelu periferiju molekula. U takvim molekulima sva njihova osnovna svojstva zaslužna su za p-elektrone, koji su labilniji u odnosu na σ-elektrone i stoga mogu lakše učestvovati u raznim vrstama procesa.
