Molécule

3D (à gauche et au centre) et 2D (à droite) représentations de la terpénoïde atisane molécule.

En chimie , une molécule est défini comme étant suffisamment stable électriquement neutre groupe d'au moins deux atomes dans un agencement défini maintenues ensemble par de fortes liaisons chimiques . Dans la chimie organique et de la biochimie , la molécule d'expression est utilisée de façon moins stricte et est également appliqué à chargés des molécules organiques et biomolécules. Les molécules se distinguent des ions polyatomiques dans ce sens strict.

Cette définition a évolué comme connaissance de la structure de molécules a augmenté. Définitions antérieures étaient moins précises que les molécules les plus petites définissant particules de pur substances chimiques qui conservent leurs composition et chimiques. Cette définition est souvent en panne depuis de nombreuses substances dans l'expérience ordinaire, tels que roches , et les sels, les métaux , sont composées d'atomes ou d'ions , mais ne sont pas faits de molécules.

Dans le théorie cinétique des gaz la molécule terme est souvent utilisé pour toute particule gazeuse indépendamment de leur composition. Selon cette définition, les gaz nobles seraient également considérés comme des molécules en dépit du fait qu'ils sont composés d'un seul atome non lié.

Histoire

Le terme «molécule», de la molécule français qui signifie «particule extrêmement minute," a été inventé par le philosophe français René Descartes dans les années 1620. Bien que l'existence de molécules a été acceptée par de nombreux chimistes depuis le début du 19e siècle à la suite de de Dalton les lois des proportions définies et multiples (1803-1808) et la loi d'Avogadro (1811), il y avait une certaine résistance parmi les positivistes et les physiciens tels que Mach, Boltzmann, Maxwell , et Gibbs , qui a vu molécules comme de simples constructions mathématiques pratiques. Le travail de Perrin sur le mouvement brownien (1911) est considéré comme la preuve finale de l'existence de molécules.

Dans une molécule, au moins deux atomes sont reliés par paires partagées des électrons dans un une liaison covalente. Il peut consister en atomes d'un même élément chimique , comme l'oxygène (O _2), ou d'éléments différents, comme avec de l'eau (H ₂ O). Les atomes et les complexes liés par des liaisons non covalentes telles que des liaisons hydrogène ou liaisons ioniques sont généralement pas considérés comme des molécules simples.

Aucune molécule typique peut être défini pour ioniques ( sels ) et des cristaux (covalentes solides de réseau) qui sont composés de répétition cellules unitaires qui se étendent soit dans un plan (comme dans graphite) ou en trois dimensions (comme dans le diamant ou le chlorure de sodium ).

La science des molécules se appelle la chimie moléculaire ou physique moléculaire , en fonction de la mise au point. Chimie moléculaire traite des lois qui régissent l'interaction entre les molécules qui aboutit à la formation et à la rupture des liaisons chimiques , tandis que la physique moléculaire traite des lois régissant leur structure et les propriétés. Dans la pratique, cependant, cette distinction est vague. Dans les sciences moléculaires, une molécule consiste en un système stable ( état lié) comprenant deux ou plusieurs atomes . Ions polyatomiques peuvent parfois être utilement considérés comme des molécules chargées électriquement. La molécule instable terme est utilisé pour les très espèces réactives, à savoir, ensembles de courte durée ( résonances) d'électrons et de noyaux , telles que les radicaux moléculaires, ions , Molécules de Rydberg, états de transition, de van der Waals complexes , ou des systèmes de collision atomes comme dans Condensats de Bose-Einstein.

Taille moléculaire

La plupart des molécules sont beaucoup trop petits pour être vus à l'oeil nu, mais il ya des exceptions. ADN , un macromolécule, peut atteindre tailles macroscopiques, comme molécules de nombreux polymères. La plus petite molécule est la diatomique hydrogène (H _2), avec une longueur totale d'environ deux fois la 74 picomètres (0,74 Å) longueur de la liaison. Molécules couramment utilisés comme blocs de construction pour la synthèse organique ont une dimension de quelques Å à plusieurs dizaines Å. Molécules simples ne peuvent généralement pas être observées par la lumière (comme indiqué ci-dessus), mais de petites molécules et même les contours d'atomes individuels peuvent être tracées dans certaines circonstances, par l'utilisation d'un microscope à force atomique. Certaines des plus grandes molécules sont ou macromolécules supermolécules.

Rayon

Rayon de moléculaire efficace est la taille d'une molécule affiche en solution. . Le table des permsélectivité pour différentes substances contient des exemples.

Formule moléculaire

Le formule empirique d'une molécule est la plus simple entier rapport des éléments chimiques constitutifs du composé. Par exemple, sous leurs formes pures, l'eau est toujours composé d'un rapport de 2: 1 de l'hydrogène à l'oxygène , et éthyle alcool ou de l'éthanol est toujours composé de carbone , hydrogène et oxygène dans un rapport de 2: 1: 6. Toutefois, cela ne détermine pas le type de molécule unique - l'éther diméthylique a le même rapport que l'éthanol, par exemple. Molécules avec les mêmes atomes dans différents arrangements sont appelés isomères. La formule empirique est souvent la même que la formule moléculaire mais pas toujours. Par exemple, la molécule d'acétylène a la formule moléculaire est C ₂ H _2, mais la plus simple ratio de nombre entier d'éléments est CH. La formule moléculaire reflète le nombre exact d'atomes qui composent une molécule.

La masse moléculaire peut être calculée à partir de la formule chimique et est exprimée en conventionnel unités égal à 1 / 12e de la masse de carbone-12 ⁽¹² neutre masse atomique C isotopes ) atome. Pour solides de réseau, le terme unité de formule est utilisé en calculs stoechiométriques.

Géométrie moléculaire

Les molécules ont fixé longueurs équilibre géométries-obligations et angles- dont ils oscillent en continu à travers les motions vibration et de rotation. Une substance pure est composé de molécules ayant la même structure géométrique moyenne. La formule chimique et la structure d'une molécule sont les deux facteurs importants qui déterminent ses propriétés, notamment son réactivité. Isomères part une formule chimique, mais ont normalement des propriétés très différentes en raison de leurs différentes structures. Les stéréoisomères, un type particulier d'isomères, peuvent avoir des propriétés physico-chimiques très voisines et en même temps très différentes biochimiques activités.

Spectroscopie moléculaire

Spectroscopie moléculaire traite de la réponse ( spectre) des molécules interagissant avec le sondage de signaux connue énergie (ou fréquence, selon la La formule de Planck). Théorie de la diffusion fournit le contexte théorique pour la spectroscopie.

Le signal de test utilisé dans la spectroscopie peut être une onde électromagnétique ou un faisceau de particules ( électrons , positons, etc.) La réponse moléculaire peuvent consister en l'absorption de signal ( spectroscopie d'absorption), l'émission d'un autre signal ( spectroscopie d'émission), la fragmentation, ou des changements chimiques.

Spectroscopie est reconnu comme un outil puissant dans l'enquête propriétés microscopiques de molécules, en particulier leur les niveaux d'énergie. Afin d'extraire de l'information microscopique maximale à partir des résultats expérimentaux, la spectroscopie est souvent couplée à des calculs chimiques .

Aspects théoriques

L'étude des molécules en physique moléculaire et chimie théorique est largement fondée sur la mécanique quantique et est essentielle pour la compréhension de la liaison chimique . Le plus simple de molécules est la l'hydrogène molécule-ion, H ₂ ^+, et la plus simple de toutes les liaisons chimiques est le lien à un électron . ⁺ H ₂ est composé de deux chargés positivement protons et une charge négative d'électrons lié par photon échange, ce qui signifie que la Équation de Schrödinger pour le système peut être résolu plus facilement en raison de l'absence de répulsion électron-électron. Avec le développement des ordinateurs numériques rapides, des solutions approchées pour des molécules plus complexes sont devenues possibles et sont l'un des principaux aspects de la chimie computationnelle .

Lorsque vous essayez de définir rigoureusement si un arrangement des atomes est "suffisamment stable" pour être considéré comme une molécule, IUPAC suggère qu'il "doit correspondre à une dépression sur la surface d'énergie potentielle qui est assez profond pour limiter au moins un état vibratoire ". Cette définition ne dépend pas de la nature de l'interaction entre les atomes, mais seulement sur la force de l'interaction. En fait, il comprend des espèces faiblement liés que ne pas prendre en considération traditionnellement molécules, telles que l' hélium dimère, Il _2, qui a une vibratoire état lié, mais est si faiblement lié que ce est seulement susceptibles d'être observés à de très basses températures.

Étymologie

Selon Merriam-Webster et le Étymologie Dictionnaire en ligne, le mot «molécule» dérive du latin " taupes »ou petite unité de masse.

• Molecule (1794) - "particules extrêmement minute," du Père molécule (1678), à partir Mod.L. molecula, dim. L. des taupes "masse, barrière». Un sens vague d'abord; la vogue du mot (utilisé jusqu'à la fin du 18e siècle que sous forme latine) peut être attribuée à la philosophie de Descartes .

La plupart des molécules sont constitués de plusieurs atomes de carbone; par exemple, une molécule d'eau est une combinaison des deux l'hydrogène et les atomes une oxygène atomique. Le terme «molécule» en gaz a été utilisé comme synonyme pour les particules fondamentales du gaz, quelle que soit leur structure. Cette définition des résultats dans quelques types de gaz inerte (par exemple des éléments qui ne forment pas de composés, tels que le néon ), qui a '', comprenant des molécules d'un seul atome.