Молекула

Во физиката и хемијата, молекулата е најмалата структурна единка на секое хемиско соединение што ги има неговите карактеристични својства. Тој е сложен систем составен од два или повеќе атоми. При определени услови, атомите од кои е изграден молекулот не се безредно струпани во една целина, туку секој атом си зазема точно определено место.

Молекулите на некои супстанци се составени од по два еднородни атома, како што е случајот со водородните и кислородните молекули. За разлика од нив, молекулите на многу други соединенија се составени од два или повеќе различни атоми. На пример, молекулот од готварската сол е составен од еден натриумов и еден хлорен атом, а молекулот на водата го сочинуваат два водородни и еден кислороден атом. Кај релативно мал број соединенија молекулот е составен од неколку илјади атоми. Таквите молекули се џиновски молекули, односно макромолекули или полимерни молекули. Такви се на пример молекулите на гумата (каучукот), на ензимите, скробот, протеините итн.

Во хемијата е вообичаено квалитативниот и квантитативниот состав на молекулот да се изразуваат со хемиска формула. Распоредот на сврзувањето на атомите еден со друг во молекулот се изразува со структурната формула на молекулот. Значи, својствата на супстанците се определени со бројот и видот на атомите во молекулот, како и од меѓусебната положба на атомите во него. Атомите во еден молекул меѓусебно се држат со т.н. валентни сили (хемиски сили на врските).

Димензии на молекулите

Општа карактеристика на сите макроскопски тела е тоа што се изградени од голем број на честички, односно микрочестички (атоми, молекули, јони). Кај различни супстанци, при нормални услови, бројот на структурните микрочестички што се содржат во единица маса или во единица волумен е различен. На пример, во 1 грам вода има 3 · 10²² молекули, а во 1 cm³ гас, при притисок од 101325 Pa и температура од 0^oC, се содржат 27 · 10¹⁸ молекули. Од овие примери може да се заклучи дека димензиите на молекулите се многу мали. Тие се толку мали, што ниту можат да се видат со голо око, ниту со оптички микроскопи. Единствено макромолекулите на некои полимерни соединенија можат да се видат со електронски микроскоп.

Иако димензиите на молекулите се многу мали што не можат да се мерат, сепак, изнајдени се погодни методи за нивно индиректно мерење. Најдено е дека кај различните супстанци димензиите на атомите и молекулите се различни. Така е најдено, на пример, дека пречникот на водородниот атом при нормална состојба е 2 · 10^-10 m, а кај молекулот на белковинскиот вирус е 10^-7 m.

Форма на молекулите

Формата на молекулите од различни супстанци е различна. Во молекуларната физика и во термодинамиката, согласно на молекуларно-кинетичката теорија, на атомите и молекулите им се припишува сферносиметрична форма, односно се замислуваат како топчиња.

Маса на молекулите

Утврдено е со индиректни мерења дека апсолутната маса на атомите, а со тоа и на молекулите од најразлични супстанци, е различна и, во однос на масата од 1 килограм, извонредно мала. Со прецизно мерење на масата на атомите од ист хемиски елемент, со помош на масин спектрограф, утврдено е дека постојат атоми од ист елемент со различни, но блиски маси. Тие се изотопни атоми, односно изотопи.

Поради извонредно малата маса на атомите и на молекулите, ако се изразува во килограми, во атомската, нуклеарната, молекуларната физика и во хемијата е дозволена употребата на специјална вонсистемска единица која се вика унифицирана единица за маса и се означува со u. Таа се дефинира како 1/12 од апсолутната маса на атомот на јаглерод ¹²₆C. Ако со m_c се означи апсолутната маса на атомот на јаглеродот, според претходната дефиниција имаме:

${1u}={m_{c} \over 12}=1,66\cdot 10^{-27}kg$

Приближно толкава е и масата на еден нуклид (протон или неутрон).

Ако апсолутната маса на молекулот, што се означува со m_m, ја поделиме со унифицираната единица за маса, ќе ја добиеме неговата релативна молекулска маса. Ако неа ја означиме со M_r, според дефиницијата имаме:

${M_{r}}={m_{m} \over u}$

Релативната молекулска маса се добива како збир од релативните атомски маси на сите атоми што градат даден молекул. На пример, релативната атомска маса на водородот (H) е А=1, а неговата релативна молекулска маса (значи за молекуларен водород или H₂) e M_r=2A=2; на кислородот (О) е А=16, а M_r=2 · 6=18 (за молекуларен кислород, O₂). За водата (H₂O, чиј молекул е изграден од атоми на водород и кислород) релативната молекулска маса е M_r=16+2=18.

Од претходната равенка може да се заклучи дека релативната молекулска маса се бездимензионални величини, неименувани броеви, односно величини што не се изразуваат во никакви единици.

Една од седумте основни величини во SI е количество супстанција, што се означува со ∋ (ни). Единица за количество супстанција е мол. Според неговата дефиниција, во 1 мол од секоја супстанца ќе има 6,023 · 10²³ (Авогадров број или N_A) структурни честички (атоми, молекули, јони). Кај гасовите, структурни честички се атомите и молекулите.

Моларна маса

Главна статија: Моларна маса.

Посебно е важна масата на сите N_A молекули заедно. Таа се вика моларна маса (М). Знаејќи дека апсолутната маса на еден молекул е m_m и дека во 1 мол има N_A молекули, моларната маса може да се пресмета по равенката:

${M}={N_{A}\cdot m_{m}}$

За да моларната маса се доведе во врска со релативната молекулска маса (со равенките за унифицирана единица за маса, релативна молекулска маса и моларна маса), во претходната равенка треба да се замени вредноста на m_m од равенката за релативна молекулска маса, а потоа во неа ја заменуваме вредноста на u од првата равенка:

${M}={N_{A}\cdot m_{m}}={N_{A}\cdot M_{r}u}={N_{A}\cdot M_{r}\cdot m_{c} \over 12}={M_{r}\cdot {0,012 \over 12}}\cdot {kg \over mol}$

од каде заклучуваме дека ${M}={M_{r}\cdot (g/mol)}$, односно моларната маса на секоја супстанца е еднаква на нејзината релативна молекулска маса изразена во грамови на мол. На пример, за водородот M_r = 2, па следува дека и M = 2g / mol; за кислородот M_r = 32, па и M = 32g / mol; за азотот M_r = 28, па и M = 28g / mol; за водата е M_r = 18, па и М = 18g / mol. Во еден молекул CO₂ има еден јаглероден атом со релативна атомска маса A_c = 12 и два кислородни атома со релативна атомска маса од по A_a = 16. Затоа, релативната молекулска маса на CO₂ е M_r(CO2) = 12 + 16 + 16 = 44, а соодветно M = 44g / mol.