Ce formă are molecula? - George Zaidan şi Charles Morton

Vedeţi întreaga lecţie la: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-shape-of-a-molecule-george-zaidan-and-charles-morton

O moleculă este un spaţiu aproape gol, spre deosebire de nucleul său extrem de dens al atomilor săi şi norul de electroni care le leagă împreună. Când acea moleculă se formează, ea se aranjează pentru a maximiza atracţia sarcinilor pozitive şi a minimiza respingerea celor opuse. George Zaidan şi Charles Morton ne arată cum se formează imaginea unei molecule.

Lecţie de George Zaidan şi Charles Morton, animaţie de Bevan Lynch.

Ce formă are o moleculă?

De fapt este mai mult goală.

Aproape toată masa este concentrată

în extrem de denşii nuclei ai atomilor săi.

Iar electronii săi,

care determină modul cum atomii

sunt legaţi unii cu alţii,

sunt mai mult nori încărcaţi cu sarcini negative

decât particule individuale, discrete.

Deci, o moleculă nu are o formă

în acelaşi sens în care, de exemplu,

o statuie are o formă.

Dar pentru fiecare moleculă,

există cel puţin o cale

de a aranja nucleii şi elctronii

pentru a maximiza atracţia

sarcinilor opuse

şi a minimiza respingerea

sarcinilor asemănătoare.

Să presupunem că singurii electroni

care contează la forma unei molecule

sunt cei periferici fiecărui atom participant.

Şi să presupunem

că norul de electroni dintre atomi,

adică legăturile moleculare,

au forma unor cârnaţi.

Ştiţi că nucleele sunt încărcate pozitiv

şi electronii sunt negativi

şi dacă nucleele moleculei

sunt legate împreună

sau toţi electronii sunt adunaţi împreună,

ei s-ar respinge şi s-ar îndepărta

şi asta nu ajută pe nimeni.

În 1776, Alessandro Volta,

cu mult înainte de a inventa bateriile,

a descoperit metanul.

Formula metanului este CH4.

Şi ea ne spune

că fiecare moleculă de metan

este făcută dintr-un carbon şi patru atomi de hidrogen,

dar nu ne spune cum sunt legaţi

sau sunt aranjaţi atomii săi în 3D.

Din configuraţia lor electronică,

ştim că atomul de carbon se poate lega

cu până la patru alţi atomi

şi că fiecare hidrogen se poate lega

cu doar un atom.

Putem deci, ghici

că atomul de carbon ar trebui să fie atomul central

legat cu cei de hidrogen.

Fiecare legătură reprezintă

folosirea în comun a doi electroni

şi am desenat fiecare pereche de electroni ca o linie.

Deci, acum avem o reprezentare plană

a acestei molecule,

dar cum arată în trei dimensiuni?

Putem spune că

din cauza fiecărei legături

există o regiune încărcată negativ

şi aşa cum sarcinile se resping una pe alta,

cea mai favorabilă configuraţie de atomi

va maximiza distanţa dintre legături.

Şi pentru a avea toate legăturile

cât mai departe posibil una de alta,

forma optimă este asta.

Este numit tetraedru.

În funcţie de atomii implicaţi,

puteţi avea diferite forme.

Amoniacul sau NH3 are formă de piramidă.

Dioxidul de carbon, CO2 este o linie dreaptă.

Apa, H2O este îndoită la fel ca un cot.

Şi triflorura de clor, sau CIF3,

are forma literi T.

Noi aici

extindem modelul nostru de atomi şi electroni

pentru a construi forme 3 D.

Trebuie să facem experimente

pentru a a vedea dacă aceste molecule

au o formă pe care să o prezicem.

Altenţie :

multe dintre ele da, dar altele nu.

Formele devin mai complicate

pe măsură ce creşte numărul de atomi.

Toate exemplele despre care am vorbit

au un atom central,

dar multe molecule,

de la medicmentele cu formule relativ mici

pănă la polimerii lungi

ca ADN-ul sau proteinele, nu au.

Lucrul de reţinut

este că legăturile atomilor se vor aranja

pentru a maximiza atracţia dintre sarcinile opuse

şi minimiza respingerea dintre aceleaşi sarcini.

Unele molecule au chiar două sau mai multe

aranjamente stabile de atomi,

şi putem face chimie

de la switch-urile dintre aceste configuraţii,

chiar când compoziţia acelei molecule,

să spunem numărul şi identitatea atomilor săi,

nu s-au schimbat.