Atomit ovat pieniä hiukkasia, jotka muodostavat aineen. On mahdotonta edes kuvitella kuinka pieniä ne ovat. Jos laitamme sata miljoonaa atomia ketjuun, saamme vain 1 cm:n pituisen langan Ohuessa paperiarkissa on luultavasti vähintään miljoona kerrosta atomeja. Tiede tuntee yli sata atomityyppiä; yhdistäessään toisiinsa ne muodostavat kaikki meitä ympäröivät aineet.
Atomien käsite
Ajatus siitä, että luonnossa kaikki koostuu atomeista, syntyi kauan sitten. Jo 2500 vuotta sitten antiikin kreikkalaiset filosofit uskoivat, että aine koostuu hiukkasista, joita ei voida jakaa. Itse sana "atomi" juontaa juurensa kreikan sanaan "atomos", joka tarkoittaa "jakamaton". Muinaisessa Kreikassa (katso artikkeli "") filosofit keskustelivat hypoteesista, jonka mukaan kaikki maailman aine koostuu jakamattomista hiukkasista. Totta, Aristoteles epäili tätä.
Termiä "atomi" käytti ensimmäisenä englantilainen kemisti John Dalton (1766-1844). Vuonna 1807 Dalton esitti atomiteoriansa. Hän kutsui atomeja pieniksi hiukkasiksi, jotka muodostavat minkä tahansa aineen, joka ei muutu kemiallisten reaktioiden aikana. Daltonin mukaan se on prosessi, jossa atomit liittyvät yhteen tai eroavat toisistaan. Daltonin atomiteoria on nykyajan tutkijoiden ideoiden taustalla.
Tämän vuosisadan alussa tutkijat alkoivat rakentaa atomimalleja. Ernest Rutherford (1871 - 1937) osoitti, että negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät positiivisesti varautunutta ydintä. Niels Bohr (1885 - 1962) väitti, että elektronit liikkuvat tietyillä kiertoradoilla. Vuonna 1932 James Chadwick (1891 - 1974) totesi, että atomin ydin koostuu hiukkasista, joita hän kutsui protonit Ja neutroneja.
Atomit koostuvat jopa itseään pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan perus. Atomin keskus on sen ydin. Se koostuu kahden tyyppisistä alkuainehiukkasista - protoneista ja neutroneista. Atomissa on myös muita alkuainehiukkasia - elektroneja; ne pyörivät ytimen ympärillä. Alkuainehiukkasia on monia erilaisia. Tutkijat uskovat, että protonit ja neutronit koostuvat kvarkit. Atomin muodostavat alkuainehiukkaset pitävät yhdessä niiden sähkövaraukset. Protonit ovat positiivisesti varautuneita ja elektronit negatiivisesti varautuneita. Neutroneilla ei ole varausta, ts. ovat sähköisesti neutraaleja. Hiukkaset, joissa on vastakkaisia sähkövarauksia, houkuttelevat toisiaan. Negatiivisesti varautuneiden elektronien vetovoima atomiytimessä sijaitseviin positiivisesti varautuneisiin protoneihin pitää elektronit kiertoradalla ytimen ympärillä. Atomi sisältää yhtä paljon positiivisesti varautuneita protoneja ja negatiivisesti varautuneita elektroneja, ja atomi on sähköisesti neutraali.
Atomissa olevat elektronit ovat eri energiatasoilla eli kuorissa. Jokainen kuori koostuu tietystä määrästä elektroneja. Kun seuraava kuori on täytetty, uudet elektronit tulevat seuraavaan kuoreen. Suurimman osan atomin tilavuudesta vie alkuainehiukkasten välinen tyhjä tila. Negatiivisesti varautuneita elektroneja pitää energiatasoillaan vetovoimalla ytimen positiivisesti varautuneita protoneja kohti.
Atomin rakennetta kuvataan usein tiukassa kaaviossa, mutta nykyään tutkijat uskovat, että elektronit ovat kiertoradoillaan sumeassa tilassa. Tämä ajatus näkyy kuvassa, jossa elektronien kiertoradat on esitetty "pilvinä". Joten näkisit molekyylin elektronimikroskoopin alla. Elektronitiheyden eri tasot on esitetty yhtäläisinä. Suurimman tiheyden alue on merkitty turkoosilla.
Atomiluku ja atomimassa
Atomiluku on protonien lukumäärä atomiytimessä. Atomi sisältää pääsääntöisesti saman määrän protoneja ja elektroneja, joten atomiluvun avulla voidaan myös arvioida, kuinka monta elektronia atomissa on. Eri atomit sisältävät eri määrän protoneja. Fosforiatomin ytimessä on 15 protonia ja 16 neutronia, mikä tarkoittaa, että sen atomiluku on 15. Kultaatomin ytimessä on 79 protonia ja 118 neutronia: kullan atomiluku on siis 79.
Mitä enemmän protoneja ja neutroneja atomissa on, sitä suurempi on sen massa (arvo, joka ilmaisee aineen määrän atomissa). Kutsumme protonien määrän ja neutronien määrän summaa atomimassaksi. Fosforin atomimassa on 31. Atomimassaa laskettaessa elektroneja ei oteta huomioon, koska niiden massa on mitätön atomin massaan verrattuna. Siellä on erityinen laite - massaspektrometri. Sen avulla voit määrittää kunkin atomin massan.
Isotoopit
Useimmilla alkuaineilla on isotooppeja, joiden atomeilla on hieman erilaiset rakenteet. Protonien ja elektronien määrä yhden isotoopin atomeissa on aina vakio. Isotooppien atomit eroavat ytimessä olevien neutronien lukumäärästä. Siksi kaikilla saman alkuaineen isotoopeilla on sama atominumero, mutta eri atomimassa. Tässä kuvassa näet kolme hiilen isotooppia. C12-isotoopissa on 6 neutronia ja 6 protonia. C13:ssa on 7 neutronia. C12-isotoopin ytimessä on kahdeksan neutronia ja kuusi protonia.
Isotooppien fysikaaliset ominaisuudet ovat erilaisia, mutta niillä on samat kemialliset ominaisuudet. Tyypillisesti suurin osa alkuaineen (yhdestä atomista koostuvan aineen) atomeista kuuluu yhteen isotooppiin, ja muita isotooppeja esiintyy pienempiä määriä.
Molekyylit
Atomit löytyvät harvoin vapaassa tilassa. Yleensä ne sitoutuvat toisiinsa ja muodostavat molekyylejä tai muita massiivisempia rakenteita. Molekyyli on aineen pienin hiukkanen, joka voi olla olemassa itsenäisesti. Se koostuu atomeista, joita sidokset pitävät yhdessä. Esimerkiksi molekyylissä on kaksi atomia, jotka on yhdistetty happiatomiin. Atomit pitävät yhdessä niitä muodostavien hiukkasten varaukset. Molekyylien rakennetta kuvaillessaan tutkijat turvautuvat apuun mallit. Yleensä he käyttävät rakenne- ja tilamalleja. Rakennemallit edustavat sidoksia, jotka pitävät atomeja yhdessä tikkuina. Tilamalleissa atomit ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa. Malli ei tietenkään näytä oikealta molekyyliltä. Mallit rakennetaan osoittamaan, mistä atomeista tietty molekyyli koostuu.
Kemialliset kaavat
Aineen kemiallinen kaava näyttää kuinka monta atomia mistä alkuaineesta sisältyy yhteen molekyyliin. Jokaista atomia edustaa symboli. Symboliksi valitaan pääsääntöisesti elementin englannin, latinalaisen tai arabiankielisen nimen ensimmäinen kirjain. Esimerkiksi hiilidioksidimolekyyli koostuu kahdesta happiatomista ja yhdestä hiiliatomista, joten hiilidioksidin kaava on CO 2. Kaksi atomia tarkoittaa happiatomien määrää molekyylissä.
Tämä koe osoittaa, että aineen molekyylejä pitävät yhdessä vetovoimat. Täytä lasi reunoja myöten vedellä. Pudota varovasti muutama kolikko lasiin. Näet, että vesikupu on kohonnut lasin reunojen yläpuolelle. , joka houkuttelee vesimolekyylejä toisiinsa, voi pitää vettä lasin reunojen yläpuolella. Tätä voimaa kutsutaan voimaksi pintajännitys.
Kaikki luonnon aineet koostuvat hyvin pienistä hiukkasista, joita kutsutaan molekyyleiksi. Nämä aineessa olevat hiukkaset ovat jatkuvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Niitä ei voi nähdä paljaalla silmällä. Käsittelemme artikkelissa molekyylien käsitettä, perusominaisuuksia ja ominaisuuksia.
Molekyylit ovat hiukkasia, joilla on neutraali sähkövaraus ja jotka koostuvat vaihtelevasta määrästä atomeja. Niiden lukumäärä on yleensä aina enemmän kuin kaksi, ja nämä atomit on kytketty toisiinsa kovalenttisella sidoksella. Ensimmäistä kertaa molekyylien olemassaolo tuli tunnetuksi Ranskassa. Tästä meidän on annettava kunnia fyysikko Jean Perrinille, joka teki tämän suuren löydön vuonna 1906. Molekyylin koostumus on vakio. Hän ei muuta sitä koko olemassaolonsa aikana. Tämän pienen hiukkasen rakenne riippuu sen muodostaman aineen fysikaalisista ominaisuuksista.
Toivomme, että sait tästä artikkelista paljon hyödyllistä ja mielenkiintoista tietoa molekyyleistä. Nyt tiedät tarkalleen, millainen hiukkanen se on, ja sinulla on käsitys sen koostumuksesta, perusominaisuuksista ja siitä, kuinka kemian alan tutkijat tutkivat molekyylejä.
Kun kaksi tai useampi atomi sitoutuu kemiallisesti toisiinsa, muodostuu molekyylejä. Ei ole väliä, ovatko nämä atomit samoja vai ovatko ne täysin erilaisia toisistaan sekä muodoltaan että kooltaan. Selvitämme, mikä molekyylien koko on ja mistä se riippuu.
Mitä ovat molekyylit?
Tiedemiehet ovat tuhansien vuosien ajan pohtineet elämän mysteeriä, mitä tarkalleen tapahtuu, kun se alkaa. Vanhimpien kulttuurien mukaan elämä ja kaikki tässä maailmassa koostuu luonnon peruselementeistä - maasta, ilmasta, tuulesta, vedestä ja tulesta. Ajan myötä monet filosofit alkoivat kuitenkin esittää ajatusta, että kaikki asiat koostuvat pienistä, jakamattomista asioista, joita ei voida luoda tai tuhota.
Kuitenkin vasta atomiteorian ja modernin kemian tulon jälkeen tiedemiehet alkoivat olettaa, että hiukkaset yhdessä synnyttivät kaiken perusrakennuspalikoita. Näin ilmaantui termi, joka modernin hiukkasteorian yhteydessä viittaa pienimpiin massayksiköihin.
Klassisen määritelmänsä mukaan molekyyli on aineen pienin hiukkanen, joka auttaa säilyttämään sen kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Se koostuu kahdesta tai useammasta atomista tai identtisten tai erilaisten atomien ryhmistä, joita kemialliset voimat pitävät yhdessä.
Mikä on molekyylien koko? 5. luokalla luonnonhistoria (kouluaine) antaa vain yleiskuvan kokoista ja muodoista tätä asiaa tutkitaan tarkemmin lukiossa kemian tunneilla.
Esimerkkejä molekyyleistä
Molekyylit voivat olla yksinkertaisia tai monimutkaisia. Tässä on joitain esimerkkejä:
- H20 (vesi);
- N2 (typpi);
- 03 (otsoni);
- CaO (kalsiumoksidi);
- C6H12O6 (glukoosi).
Molekyylejä, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta alkuaineesta, kutsutaan yhdisteiksi. Siten vesi, kalsiumoksidi ja glukoosi ovat yhdisteitä. Kaikki yhdisteet eivät ole molekyylejä, mutta kaikki molekyylit ovat yhdisteitä. Kuinka suuria ne voivat olla? Mikä on molekyylin koko? On tunnettu tosiasia, että melkein kaikki ympärillämme koostuu atomeista (paitsi valo ja ääni). Niiden kokonaispaino on molekyylin massa.
Molekyylimassa
Kun puhutaan molekyylien koosta, useimmat tutkijat lähtevät molekyylipainosta. Tämä on kaikkien siihen sisältyvien atomien kokonaispaino:
- Veden, joka koostuu kahdesta vetyatomista (joissa kummassakin on yksi atomimassayksikkö) ja yhdestä happiatomista (16 atomimassayksikköä), on molekyylipaino 18 (tarkemmin sanottuna 18,01528).
- Glukoosin molekyylipaino on 180.
- DNA:n, joka on hyvin pitkä, molekyylipaino voi olla noin 1010 (yhden ihmisen kromosomin likimääräinen paino).
Mittaus nanometreinä
Massan lisäksi voimme mitata myös molekyylien suuret nanometreinä. Yksi vesiyksikkö on halkaisijaltaan noin 0,27 Nm. DNA saavuttaa halkaisijaltaan 2 nm ja voi venyttää jopa useita metrejä. On vaikea kuvitella, kuinka tällaiset mitat mahtuvat yhteen soluun. DNA:n pituuden ja paksuuden suhde on hämmästyttävä. Se on 1/100 000 000, mikä on kuin jalkapallokentän pituinen ihmishius.
Muodot ja koot
Mikä on molekyylien koko? Niitä on eri muotoisia ja kokoisia. Vesi ja hiilidioksidi ovat pienimpiä, proteiinit suurimpia. Molekyylit ovat elementtejä, jotka koostuvat atomeista, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa. Molekyylien ulkonäön ymmärtäminen on perinteisesti ollut osa kemiaa. Niiden käsittämättömän oudon kemiallisen käyttäytymisen lisäksi yksi molekyylien tärkeistä ominaisuuksista on niiden koko.
Missä voi olla erityisen hyödyllistä tietää, kuinka suuret molekyylit ovat? Vastaus tähän ja moneen muuhun kysymykseen auttaa nanoteknologian alalla, sillä nanorobottien ja älykkäiden materiaalien käsite käsittelee välttämättä molekyylikoon ja -muotojen vaikutuksia.
Mikä on molekyylien koko?
5. luokalla luonnonhistoria tästä aiheesta antaa vain yleistä tietoa siitä, että kaikki molekyylit koostuvat atomeista, jotka ovat jatkuvassa satunnaisessa liikkeessä. Lukiossa voi jo nähdä kemian oppikirjoissa rakennekaavoja, jotka muistuttavat molekyylien todellista muotoa. Niiden pituuden mittaaminen tavallisella viivaimella on kuitenkin mahdotonta, ja tätä varten sinun on tiedettävä, että molekyylit ovat kolmiulotteisia esineitä. Heidän kuvansa paperilla on projektio kaksiulotteiselle tasolle. Molekyylin pituutta muuttavat sen kulmien pituuksien väliset suhteet. Niitä on kolme pääasiallista:
- Tetraedrin kulma on 109°, kun kaikki kyseisen atomin sidokset kaikkiin muihin atomeihin ovat yksittäisiä (vain yksi viiva).
- Kuusikulmion kulma on 120°, kun yhdellä atomilla on kaksoissidos toisen atomin kanssa.
- Viivakulma on 180°, kun atomissa on joko kaksi kaksoissidosta tai yksi kolmoissidos toisen atomin kanssa.
Todelliset kulmat eroavat usein näistä kulmista, koska on otettava huomioon useita erilaisia vaikutuksia, mukaan lukien sähköstaattiset vuorovaikutukset.
Kuinka kuvitella molekyylien koko: esimerkkejä
Mikä on molekyylien koko? Luokalla 5 vastaukset tähän kysymykseen, kuten olemme jo todenneet, ovat yleisiä. Opiskelijat tietävät, että näiden yhdisteiden koko on hyvin pieni. Jos esimerkiksi muutat hiekkamolekyylin yhdessä ainoassa hiekkajyvässä kokonaiseksi hiekkajyväksi, saatat syntyvän massan alle piilottaa viisikerroksisen talon. Mikä on molekyylien koko? Lyhyt vastaus, joka on myös tieteellisempi, on seuraava.
Molekyylimassa rinnastetaan koko aineen massan suhteeseen aineen molekyylien lukumäärään tai moolimassan suhteeseen Avogadron vakioon. Mittayksikkö on kilogramma. Keskimääräinen molekyylipaino on 10 -23 -10 -26 kg. Otetaan esimerkiksi vesi. Sen molekyylipaino on 3 x 10 -26 kg.
Miten molekyylikoko vaikuttaa vetovoimaan?
Molekyylien välisestä vetovoimasta vastaa sähkömagneettinen voima, joka ilmenee vastakkaisten varausten vetovoimana ja samanlaisten varausten hylkimisenä. Vastakkaisten varausten välillä vallitseva sähköstaattinen voima hallitsee atomien ja molekyylien välisiä vuorovaikutuksia. Painovoima on tässä tapauksessa niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta.
Tässä tapauksessa molekyylin koko vaikuttaa vetovoimaan satunnaisten vääristymien elektronipilven kautta, joka syntyy molekyylin elektronien jakautumisen aikana. Ei-polaaristen hiukkasten tapauksessa, jotka osoittavat vain heikkoja van der Waalsin vuorovaikutuksia tai dispersiovoimia, molekyylien koolla on suora vaikutus mainittua molekyyliä ympäröivän elektronipilven kokoon. Mitä suurempi se on, sitä suurempi on sitä ympäröivä varauskenttä.
Suurempi elektronipilvi tarkoittaa, että naapurimolekyylien välillä voi tapahtua enemmän elektronisia vuorovaikutuksia. Tämän seurauksena yksi molekyylin osa kehittää väliaikaisen positiivisen osavarauksen, kun taas toinen kehittää negatiivisen osavarauksen. Kun näin tapahtuu, molekyyli voi polarisoida naapurinsa elektronipilven. Vetovoima syntyy, koska yhden molekyylin osittainen positiivinen puoli vetää toisen molekyylin osittain negatiivista puolta.
Johtopäätös
Joten kuinka suuria molekyylit ovat? Luonnonhistoriassa, kuten olemme havainneet, voidaan löytää vain kuvallinen käsitys näiden pienimpien hiukkasten massasta ja koosta. Mutta tiedämme, että on olemassa yksinkertaisia ja monimutkaisia yhdisteitä. Ja toinen luokka sisältää sellaisen käsitteen kuin makromolekyyli. Se on erittäin suuri yksikkö, kuten proteiini, joka yleensä syntyy polymeroimalla pienempiä alayksiköitä (monomeerejä). Ne koostuvat yleensä tuhansista atomeista tai useammasta.
Joka päivä käytämme joitain esineitä: otamme ne käsiimme, teemme niitä koskevia manipulaatioita - käännämme ne ympäri, tutkimme niitä ja lopulta rikomme ne. Oletko koskaan miettinyt, mistä nämä esineet on tehty? "Mitä tässä voi ajatella? Valmistettu metallista/puusta/muovista/kankaasta!" - monet meistä vastaavat hämmentyneenä. Tämä on osittain oikea vastaus. Mistä nämä materiaalit on valmistettu - metallista, puusta, muovista, kankaasta ja monista muista aineista? Tänään keskustelemme tästä aiheesta.
Molekyyli ja atomi: määritelmä
Asiantuntevalle henkilölle vastaus on yksinkertainen ja banaali: atomeista ja molekyyleistä. Mutta jotkut ihmiset hämmästyvät ja alkavat kysyä: "Mitä atomi ja molekyyli ovat?" jne. Vastataan näihin kysymyksiin järjestyksessä. No, ensinnäkin, mitä ovat atomi ja molekyyli? Kerrotaan heti, että nämä määritelmät eivät ole sama asia. Ja vielä enemmän, nämä ovat täysin erilaisia termejä. Atomi on siis kemiallisen alkuaineen pienin osa, joka on sen ominaisuuksien kantaja, massaltaan ja kooltaan niukka ainehiukkanen. Molekyyli on sähköisesti neutraali hiukkanen, jonka muodostavat useat toisiinsa liittyvät atomit.
Mikä on atomi: rakenne
Atomi koostuu elektronikuoresta ja (kuva). Ydin puolestaan koostuu protoneista ja neutroneista, ja kuori koostuu elektroneista. Atomissa protonit ovat positiivisesti varautuneita, elektronit ovat negatiivisesti varautuneita ja neutronit eivät ole varautuneita ollenkaan. Jos protonien lukumäärä vastaa, niin atomi on sähköisesti neutraali, ts. Jos kosketamme ainetta, joka muodostuu molekyyleistä sellaisilla atomeilla, emme tunne pienintäkään sähköimpulssia. Ja edes supertehokkaat tietokoneet eivät saa sitä kiinni jälkimmäisen puuttumisen vuoksi. Mutta tapahtuu, että protoneja on enemmän kuin elektroneja ja päinvastoin. Silloin olisi oikein kutsua sellaisia atomeja ioneiksi. Jos siinä on enemmän protoneja, se on sähköisesti positiivinen, mutta jos elektronit hallitsevat, se on sähköisesti negatiivinen. Jokaisella tietyllä atomilla on tiukka määrä protoneja, neutroneja ja elektroneja. Ja se voidaan laskea. Malli näiden hiukkasten lukumäärän löytämiseen liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi näyttää tältä:
Chem. elementti - R (lisää elementin nimi)
Protonit (p) - ?
Elektronit (e) - ?
Neutronit (n) - ?
Ratkaisu:
p = kemikaalin sarjanumero. elementti R jaksollisessa taulukossa nimeltä D.I. Mendelejev
e = p
n = A r (R) - Ei R
Mikä on molekyyli: rakenne
Molekyyli on kemiallisen aineen pienin hiukkanen, eli se sisältyy jo suoraan sen koostumukseen. Tietyn aineen molekyyli koostuu useista identtisistä tai erilaisista atomeista. Molekyylien rakenteelliset ominaisuudet riippuvat sen aineen fysikaalisista ominaisuuksista, joissa ne ovat. Molekyylit koostuvat elektroneista ja atomeista. Jälkimmäisen sijainti löytyy rakennekaavan avulla. voit määrittää kemiallisen reaktion etenemisen. Ne ovat tavallisesti neutraaleja (ei sähkövarausta) eikä niissä ole parittomia elektroneja (kaikki valenssit ovat kyllästyneitä). Ne voidaan kuitenkin myös ladata, jolloin niiden oikea nimi on ionit. Molekyyleissä voi myös olla parittomia elektroneja ja tyydyttymättömiä valenssit - tässä tapauksessa niitä kutsutaan radikaaleiksi.
Johtopäätös
Nyt tiedät, mikä atomi on, ja kaikki aineet poikkeuksetta koostuvat molekyyleistä, ja jälkimmäiset puolestaan rakennetaan atomeista. Aineen fysikaaliset ominaisuudet määräävät atomien ja molekyylien järjestyksen ja yhteyden siinä.
Molekyyli (ranskalainen molekyyli, latinasta mole - massa) on aineen pienin hiukkanen, joka pystyy elämään itsenäisesti ja jolla on sen kemialliset ominaisuudet.
Molekyylien rakenteen ja ominaisuuksien tutkiminen on herättänyt poikkeuksellista kiinnostusta solujen ja kudosten submikroskooppisen rakenteen sekä biologisten prosessien mekanismin ymmärtämiseen molekyylitasolla. Suuret edistysaskeleet molekyylien ja erityisesti biopolymeerien, kuten proteiinien ja nukleiinihappojen, rakenteen tutkimuksessa ovat osoittaneet, että näiden aineiden tärkeimmät toiminnot organismeissa suoritetaan yksittäisten molekyylien tasolla ja siksi niitä tulisi tutkittu molekyyliilmiöinä. On esimerkiksi todettu, että sellaiset proteiinien toiminnot kuin entsymaattiset, rakenteelliset, supistuvat, immuunit, kuljetukset (reversiibeli sitoutuminen ja elintärkeiden aineiden siirto) tapahtuvat molekyylitasolla ja määräytyvät suoraan molekyylien rakenteen ja ominaisuuksien mukaan. näitä aineita. Organismien perinnöllisyys ja vaihtelevuus liittyvät nukleiinihappomolekyylien erityiseen rakenteeseen ja ominaisuuksiin, jotka sisältävät kaiken kehon proteiinien synteesiin tarvittavan geneettisen tiedon. Pienet poikkeamat useiden biologisesti tärkeiden aineiden molekyylien rakenteessa tai koostumuksessa tai muutokset tiettyjen aineenvaihduntaprosessien molekyylimekanismissa ovat syynä useisiin sairauksiin (esimerkiksi sirppisoluanemia, perinnöllinen galaktosemia, diabetes mellitus jne. .), joita kutsutaan molekyylisairauksiksi.
Kunkin aineen molekyyli koostuu tietystä määrästä atomeja (katso) yhtä kemiallista alkuainetta (yksinkertainen aine) tai eri alkuaineita (monimutkainen aine), jotka yhdistyvät kemiallisilla (valenssi)sidoksilla. Molekyylin koostumus ilmaistaan kemiallisella kaavalla, jossa alkuaineiden merkit osoittavat molekyylin muodostavien atomien tyypin ja oikeassa alakulmassa olevat numerot osoittavat, kuinka monta atomia jokaisesta elementistä sisältyy molekyyliin. Siten glukoosin C 6 H 12 O 6 kemiallisesta kaavasta seuraa, että glukoosimolekyyli koostuu 6 hiiliatomista, 12 vetyatomista ja 6 happiatomista. Joidenkin metallien inerttien kaasujen ja höyryjen molekyylit ovat yksiatomisia. Nämä ovat yksinkertaisimpia molekyylejä. Monimutkaisimmat molekyylit ovat proteiineja (katso), nukleiinihappoja (katso) ja muita biopolymeerejä, jotka koostuvat useista tuhansista atomeista.
Molekyylin kemiallisen kaavan löytämiseksi on tarpeen määrittää tutkittavan aineen likimääräinen molekyylipaino (cm) ja sen molekyylin yksinkertaisin (empiirinen) kaava. Jälkimmäinen on johdettu tietyn aineen prosentuaalisesta koostumuksesta ja tämän aineen muodostavien kemiallisten alkuaineiden atomipainoista (katso). Esimerkiksi kemiallinen analyysi on osoittanut, että bentseenissä on 92,26 % hiiltä ja 7,74 % vetyä. Tästä seuraa, että bentseenimolekyylin hiiliatomien lukumäärän suhde vetyatomien lukumäärään on yhtä suuri:
jossa 12,011 ja 1,008 ovat vastaavasti hiilen ja vedyn atomipainot. Siksi bentseenin yksinkertaisimman kaavan tulisi olla CH. Vertaamalla bentseenin yksinkertaisinta kaavaa sen likimääräiseen molekyylipainoon (78,1), joka on saatu kokeellisesti, sen todellinen tai todellinen kaava C 6 H 6 määritetään.
Molekyylien koot ilmaistaan A:ssa. Esimerkiksi vesimolekyylin halkaisija, jos sillä on pallomainen muoto, on 3,8 A. Suurimolekyylisten aineiden molekyylit ovat paljon suurempia, esimerkiksi suuren molekyylin lineaariset mitat ja naudan fibrinogeenin sauvan muotoisten molekyylien pienet akselit ovat 700 ja 40 A ja tupakan mosaiikkiviruksilla - 2800 ja 152 A, vastaavasti. Molekyylin suhteellisen massan mitta on molekyylipaino (cm), jonka arvo vaihtelee useista yksiköistä miljooniin.
Järjestys, jossa atomit liittyvät molekyyliin (molekyylien kemiallinen rakenne A. M. Butlerovin mukaan), on kuvattu niin sanotuilla rakennekaavoilla. Esimerkiksi etikkahapon C 2 H 4 O 2 kemiallista rakennetta edustaa seuraava rakennekaava: 
jossa jokainen viiva tarkoittaa valenssiyksikköä (cm), atomia lähestyvien viivojen lukumäärä on yhtä suuri kuin sen valenssi tietyssä yhdisteessä.
Molekyylin kemiallinen rakenne, joka on löydetty molekyylipainon, kemiallisen koostumuksen ja tutkittavan aineen kemiallisten ominaisuuksien tutkimuksen perusteella ja lopuksi vahvistettu sen synteesillä aineista, joiden kemiallinen rakenne tunnetaan, on tärkeä tekijä. aineen ominaisuuksien, erityisesti sen farmakologisen vaikutuksen, toksisuuden ja biologisten toimintojen määrittäminen. Isomeerien ominaisuuksien ero (katso Isomerismi) on esimerkki aineiden ominaisuuksien riippuvuudesta niiden molekyylien kemiallisesta rakenteesta. Isomeerien molekyylien atomikoostumus on sama, esimerkiksi dimetyylieetterillä ja etyylialkoholilla isomeereinä on samat kemialliset kaavat C 2 H 6 O, mutta niiden rakennekaavat ovat erilaiset: 
mikä selittää niiden erilaiset ominaisuudet.
Atomin kykyä muodostaa tietty määrä kemiallisia sidoksia molekyylien muiden atomien kanssa kutsutaan tietyn atomin valenssiksi. Kun muodostuu kemiallinen (valenssi)sidos, tapahtuu vuorovaikutuksessa olevien atomien ulompien (valenssi)elektronien uudelleenjärjestely, jonka seurauksena molekyylin atomien ulommat elektronikuoret saavat vakaan rakenteen, joka on ominaista inerttien kaasujen atomeille ( katso) ja koostuu yleensä kahdeksasta elektronista (elektronioktetti). Valenssielektronien uudelleenjärjestelymenetelmästä riippuen erotetaan useita kemiallisten sidosten päätyyppejä.
Ionisia (sähkövalentteja) sidoksia esiintyy kemiallisilta ominaisuuksiltaan suuresti eroavien alkuaineiden atomien välillä, esimerkiksi alkalimetalliatomien ja halogeeniatomien välillä. Tässä tapauksessa metalliatomi luovuttaa elektronin halogeeniatomille (kuva 1).
Riisi. 1. Natriumkloridimolekyylin muodostuminen.
Atomista, joka luovuttaa elektronin, tulee positiivisesti varautunut ioni. Atomista, joka ottaa vastaan elektronin, tulee negatiivisesti varautunut ioni. Tällä tavalla syntyvät vastakkaisesti varautuneet ionit vetävät puoleensa toisiaan muodostaen molekyylin. Molekyylejä ja yhdisteitä, joissa on ionisia sidoksia (esimerkiksi alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ensimmäisen ja toisen ryhmän metallien suolat ja oksidit) kutsutaan heteropolaariseksi. Ionisidokselle on tunnusomaista suuri lujuus (sidosenergia), eli työ, joka vaaditaan molekyylin hajottamiseksi yksittäisiksi ioneiksi.
Kovalenttinen (atomi)sidos syntyy, kun atomit, joilla on identtiset tai samankaltaiset ominaisuudet, ovat vuorovaikutuksessa. Tässä tapauksessa kukin yhdistävistä atomeista luovuttaa yhden tai useamman valenssielektronin muodostaen parin (tai useamman elektroniparin), joka tulee yhteiseksi molemmille atomeille. Yleistynyt elektronipari, joka ympäröi atomien ytimiä niiden liikkeessä, pitää ne lähellä toisiaan. Kovalenttisia sidoksia sisältäviin molekyyleihin kuuluvat yksinkertaisten kaasujen, oksidien ja vetyyhdisteiden, ei-metallien ja monien orgaanisten yhdisteiden molekyylit: 
Pisteet osoittavat elektroneja, jotka sijaitsevat atomien uloimmissa elektronikuorissa, ja kemialliset symbolit osoittavat atomien ytimiä, joissa on kaikki elektronikuoret paitsi uloimmat. Atomeja sitova elektronipari vastaa yleisten rakennekaavojen valenssiominaisuutta.
Molekyylejä, joissa negatiivisten (elektronien) ja positiivisten (atomiytimet) varausten sähköiset painopisteet kohtaavat, kutsutaan homeopolaariseksi. Näitä ovat esimerkiksi yksinkertaisten kaasujen ja hiilivetyjen molekyylit. Jos molekyylien negatiivisten ja positiivisten varausten sähköiset painopisteet eivät täsmää, molekyylejä kutsutaan polaariseksi (esimerkiksi vesi-, ammoniakki-, vetyhalogenidit, alkoholit, ketonit, aldehydit, eetterit) molekyylit. Polaarinen molekyyli käyttäytyy kuin dipoli eli kahden sähkövarauksen e+ ja e- järjestelmä, jotka ovat suuruudeltaan samansuuruisia, mutta etumerkillisesti vastakkaisia ja sijaitsevat etäisyydellä h toisistaan (kuva 2).
Riisi. 2. Dipolikaavio.
Tuloa e·h=μ kutsutaan molekyylin dipolimomentiksi. Jälkimmäinen on molekyylin polariteetin mitta. Polaarisista molekyyleistä koostuvilla aineilla on korkeammat kiehumispisteet, ominaislämmöt, höyrystymislämpö ja pintajännitys kuin homeopolaarisista molekyyleistä koostuvilla aineilla. Polaaristen molekyylien välinen vuorovaikutus on yksi syistä molekyylien assosioitumiseen nesteissä, ja polaaristen liuotinmolekyylien vuorovaikutus polaaristen molekyylien tai liuenneiden ionien kanssa on jälkimmäisten solvataatio. Polaaristen molekyylien diffuusionopeus solukalvon läpi on pienempi kuin homeopolaaristen molekyylien diffuusionopeus.
Koordinaatiosidos (puolipolaarinen, luovuttaja-akseptori) on kovalenttinen sidos, joka syntyy atomien välillä, jotka ovat osa eri molekyylejä, joista toisessa on yksittäinen elektronipari ja toisesta puuttuu kaksi elektronia stabiilin ulomman elektronikuoren muodostamiseksi. . Tämäntyyppinen kytkentä on tyypillistä monimutkaisille yhdisteille. Esimerkiksi ammoniakkimolekyylin NH 3 yhdistäminen boorifluoridimolekyylin BF3 kanssa monimutkaiseksi boototeutetaan yksinäisellä typpielektroniparilla.
Typpiatomi toimii luovuttajana, booriatomi elektroniparin vastaanottajana.
Vetysidos esiintyy vetyatomin, joka on kovalenttisesti sitoutunut F-, O- tai N-atomiin, ja F-, O- tai N-atomien välillä, jotka sijaitsevat muissa molekyyleissä. Vetysidoksen lujuus on alhainen (5-10 kcal/mol), mutta riittää molekyyliyhdistelmien muodostumiseen nesteissä ja liuoksissa. Esimerkiksi vedessä tällaisilla assosiaatioilla on seuraava rakenne (vetysidokset on merkitty katkoviivoilla): 
Vetysidoksia ei esiinny vain molekyylien välillä, vaan myös atomien välillä saman molekyylin sisällä; Nämä ovat niin sanottuja molekyylinsisäisiä vetysidoksia (vetysiltoja). Esimerkki tällaisesta sidoksesta on vetysidos vetyatomin ja happiatomin välillä o-metyylisalisylaattimolekyylissä: 
Tämän sidoksen läsnäolon vuoksi o-metyylisalisylaatin ominaisuudet eroavat jyrkästi m- ja n-isomeerien ominaisuuksista. Vetysiltojen esiintyminen nukleiinihappojen, proteiinien ja muiden polymeerien molekyyleissä määrää suurelta osin näiden molekyylien labiilisuuden. Vetysidoksilla on merkittävä rooli protoplasman submikroskooppisessa rakenteessa.
Röntgen-, elektroni- ja neutronidiffraktion, molekyylispektroskopian ja ydinmagneettisen resonanssin avulla oli mahdollista määrittää yksittäisten atomien tilajärjestely molekyylissä eli useiden aineiden molekyylien geometrinen konfiguraatio. , mukaan lukien biologisesti tärkeiden aineiden molekyylit.
Molekyylien avaruudellisen konfiguraation määritelmä koostuu ns. molekyylin luurangon määrittelystä, eli sen muodostavien atomien ytimien tilajärjestelystä ja elektronien jakautumisesta tietyn molekyylin sisällä.
Molekyylin ydin löydetään edellä olevilla menetelmillä määritettyjen sidospituutta ja sidoskulmia koskevien tietojen perusteella. Sidospituus on etäisyys kahden atomin keskusten välillä molekyylissä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa kovalenttisella sidoksella. Pienempää kulmaa, joka muodostuu suorista viivoista, jotka yhdistävät kahden atomin A1 ja A2 keskustat kolmannen atomin A3 keskustaan tietyssä molekyylissä, kutsutaan sidoskulmaksi. Molekyylin ydin ei ole ehdottoman jäykkä. Esimerkiksi orgaanisten yhdisteiden molekyyleissä hiiliatomit voivat pyöriä yksittäisten (yksinkertaisten) sidosten ympärillä, kun taas ytimien suhteellinen sijainti muuttuu, mutta atomien kytkentäjärjestys molekyylissä, sidosten pituus ja sidoskulmat pysyvät vakiona. . Näitä erilaisia molekyylien muotoja, jotka johtuvat hiiliatomin pyörimisestä yksittäisen sidoksen ympärillä, kutsutaan konformaatioiksi. Saman molekyylin eri konformaatiot muuttuvat helposti ja palautuvasti toisikseen, mikä selittää rotaatioisomeerien puuttumisen ja molekyylien siirtymisen tietyn reaktion tapahtumiseen sopivimpaan muotoon.
Elektronien jakautuminen molekyyleissä selvitetään pääasiassa teoreettisilla laskelmilla, jotka perustuvat kahteen kvanttikemian perusperiaatteeseen. Ensimmäinen niistä sanoo, että elektronit atomeissa ja molekyyleissä voivat sijaita vain erillisillä ja täysin määritellyillä energiatasoilla. Toisen periaatteen mukaan atomeissa ja molekyyleissä olevia elektroneja ei voida pitää pistehiukkasina, joiden sijainti ja nopeus molekyylissä (tai atomissa) voidaan määrittää tarkasti kullekin ajanhetkelle. Todellisuudessa, kuten kvanttimekaniikka opettaa, voit määrittää vain todennäköisyyden, että elektroni on tietyllä ajanhetkellä joillakin avaruuden alueilla. Siksi voidaan kuvitella, että elektronin varaus on ikään kuin "levitetty" tietyllä avaruuden alueella elektronipilven muodossa, jonka jakautumisen avaruudessa määrää vastaava matemaattinen funktio (ns. elektronin tai sen molekyyliradan (tai atomiradan, jos sen jakautuminen määräytyy atomissa) aaltofunktio .
Osoitettiin, että kaikki molekyylin elektronit eivät ole yhtä tärkeitä sen kemiallisten ominaisuuksien kannalta. Esimerkiksi molekyylissä, jossa on suuri määrä kaksoissidoksia, joka sisältää suurimman osan yhdisteistä, joilla on hallitseva rooli elintärkeissä prosesseissa, elektronit voidaan jakaa kahteen tyyppiin. Ensimmäinen tyyppi sisältää σ-elektroneja, jotka osallistuvat yksittäisten sidosten muodostukseen, toinen tyyppi sisältää p-elektroneja, jotka osallistuvat kaksoissidosten muodostukseen. Ensimmäiset muodostavat molekyylin jäykän rungon ja sijaitsevat pareittain naapuriatomien välissä. Jälkimmäiset muodostavat paljon hajanaisemman pilven, joka peittää molekyylin koko reunan. Tällaisissa molekyyleissä kaikki niiden perusominaisuudet johtuvat p-elektroneista, jotka ovat labiileja σ-elektroneihin verrattuna ja voivat siksi osallistua helpommin erilaisiin prosesseihin.
