Modele moleculare, pagina 1, Biblioteca on-line

Este util să ne amintim că cuvintele sunt inventate de om.

Cuvintele care sunt în viața ta, sunt adesea vagi. Nu toată lumea înțelege aceleași cuvinte de putere și frumusețe, energie și stres. Da, și „bună“ vremea este diferit pentru persoane diferite.

În știință, această situație nu apare în nici un caz nu ar trebui să aibă. Deosebit de intoleranță la utilizarea incorectă a cuvintelor în fizică.

concepte elementare fizice au fost inventate pentru a descrie proprietățile și comportamentul de obiecte și corpuri, printre care este viața noastră, pe scurt, pentru corpurile „mari“, sau, așa cum se spune, pentru corpurile macroscopice.

Ce concepte din macrocosmos, pot fi aplicate la molecule? Toate sau unele? Adevărul se află în mijloc.

Și ce despre conceptele geometrice și mecanice? Poți vorbi despre forma moleculei, elasticitatea de îndoire și torsiune modulului, în final, moleculele de plasticitate? sens să aibă, și modul în care, conceptul de forțe intramoleculare și intermoleculare?

Scopul acestui articol - pentru a arăta că, cu anumite rezerve pe molecula de transfer concepte geometrice și mecanice nu este doar posibil, dar recomandabil.

Această frază înseamnă următoarele. În unele cazuri, o moleculă poate fi descrisă ca un corp mare.

Corpul, care poate fi asemănat cu o moleculă dată, molecula este declarat a fi un model mecanic.

Sarcina noastră - pentru a spune modul în care modelul este construit și cum să utilizeze soluții pentru o varietate de probleme fizice.

Modelul mecanic al moleculei obținute în recenta răspândită datorită interesului imens (comparativ cu un atom) molecule care sunt construite polimeri sintetici - nylon, nylon, polietilenă (aceste nume sunt acum cunoscute tuturor), precum și cele mai importante pentru viața animalelor și plantelor substanță - proteine, acizi nucleici și așa mai departe.

Fiecare „imagine“ a moleculei trebuie să conțină care descrie relația dintre nucleele atomice și caracteristicile acestor electroni care se deplasează în jurul nucleelor.

Experiența chimică ne permite stabilirea structurii atomice a moleculei (pentru a construi modelul său atomic), care este, specifica din care atomii și modul în care să intre în contact este o moleculă. Unele dintre electronii sunt strâns asociate cu anumiți atomi, cealaltă parte a „socializat“. Dintre acești electroni chimiști spun - „care efectuează o legătură chimică.“

Desigur, modelul atomic al moleculei este mult mai simplu de electroni nucleare. Dar această simplitate este atins în detrimentul pierderi semnificative. A pierdut cunoașterea a legii de interacțiune a „construcție“ a particulelor.

În modelul de interacțiune electron-nucleare între particule, asigură structura și proprietățile moleculei - este interacțiunea electrică dintre electronii și nucleele. Acesta este descris de energia Coulomb a electronului și interacțiunea (sau doi electroni sau două nuclee) este e1 e2 / r (r - distanța instantanee între particule.)

În ceea ce privește legea interacțiunii dintre atomi, este mai complicat.

Poate frică de dificultăți și preferă o imagine clară a moleculelor de electroni-nucleare? Nu, ar fi greșit. Veridicitatea imaginea în sine nu este avantajul său principal. Este important ca modelul nostru de o moleculă sunt bine „lucrat“. O „lucrare bună“ - ceea ce înseamnă rapid și fiabil prezice. Ca în cazul în care nu a fost model exact, dar dacă „munca“, cu greu ei, atunci ne vom gândi la alta, chiar mai dur, dar mai mult de model „funcțional“.

Acesta este motivul pentru studiul geometriei și mecanicii ale moleculei, preferăm modelul atomic. Efectuarea de calcule utilizând modelul electron-nuclear al moleculei este, în acest caz, este nerealist atunci când este vorba de probleme de interes pentru noi: prea multe particule care interacționează.

În același timp, modelul atomic al moleculei permite să interpreteze și să prezică un set mare de fenomene.

În modelul mecanic al moleculei, am „uita“ despre electroni avand in vedere si un atom ca un univers de cărămidă. In modelul mecanic al structurii și proprietăților moleculei sunt responsabile de atomi de interacțiune.

Modelul moleculei pot fi trase pe hârtie, realizate din sârmă, margele pe un arc ... Există mai multe tipuri de modele. O scară adecvată este o sută de milioane. Dimensiunile moleculelor indică de obicei în angstromi. Un Angstrom - o fracțiune de stomilionnaya centimetru. Distanța dintre centrele atomilor se află în limitele a 1-2 angstromi. Prin urmare, convenabil la scară stomilionny: este centrul „atomi“ la distanțe de unu până la doi centimetri, putem face cu ușurință detalii ale structurii, și pentru a produce bile și felii de bile (de ce avem nevoie de reduceri, noi spunem de mai jos) de această mărime este destul de convenabil.

În funcție de scopul și utilizarea gusturilor personale sau un alt model. In timp ce locuiesc pe modele scheletice, adică acelea în care sunt prezentate (tije) forțele de legătură atomi într-o moleculă. Aceste forțe sunt numite chimice, sau de valență. Pe ce atomii sunt legate de unii chimiști au învățat să judece prin reacții chimice cu mult înainte de fizicienii au învățat cum să se stabilească structura moleculei prin propriile sale metode.

Deci, am căuta îndrumare chimistului, obținem informații de la el despre modul în care atomii sunt legați unul de altul. De exemplu, alcoolul etilic molecula formula C2 H5 OH nu spune nimic despre modul în care atomii sunt conectate unul la celălalt. Această formulă - așa-numita formulă brută este raportată numai informații despre compoziția. Clarificarea structurii chimistul molecular ne va arăta trei atom de hidrogen (Fig 1.) Pentru a conecta cu cratimele atom de carbon. (Aceasta se numește gruparea metil din atomi.) Acum, conectați atomul de carbon de valență liniuță al acestui grup la un al doilea atom de carbon. Acest al doilea atom, în plus, este necesar să se lege cu o pereche de atomi de hidrogen și a patra liniuță (ori patru bare de la un atom, atunci este tetravalent) aduce la un atom de oxigen. Atomul de hidrogen rămas este atașat la un atom de oxigen.

Fizician cere imediat întrebarea. Și la ce distanță atomii de sub ce unghiuri între ele sunt valență cratimă? Răspunsurile la aceste întrebări pot fi obținute prin cercetarea fizică. Să lăsăm la o parte faptul că problema modului de a stabili geometria fizică a experimentelor de molecule. date extinse colectate în manualele groase. Ei pot găsi informații despre care distantele sunt chimic atomi legați și care unghiurile (numite unghiuri de valență) formate între un „bare“ simbolizând forțele de valență chimică. Dacă nu găsiți vina cu diferența foarte subtilă, se dovedește că distanța dintre atomii de un fel sunt destul de universale, cu toate acestea, obligațiuni unghiuri mai nestatornic. Prin urmare, pentru a prezice structura moleculei nu este întotdeauna ușor. Dar acest discurs va veni.

Acum putem aborda problema forțelor intermoleculare.

Faptul că forțele care acționează între molecule, este evident din considerațiile cele mai elementare. Vaporii se condensează orice substanță într-o picătură în condiții adecvate. Dacă este așa, atunci moleculele atrag, fără îndoială. Substanța rezistă compresie. Deci, fiind la distanțe mici, moleculele se resping reciproc. Dacă există distanțe mari și repulsie la atracție scăzută, aceasta înseamnă că există o stare de echilibru, atunci când forțele sunt echilibrate.

În schimb, forțele de interacțiune este mult mai ușor să vorbim despre energia de interacțiune. Energia de interacțiune și este mai ușor de măsurat, iar conceptul este mai simplă și mai clară decât forța. Moleculele energetice Interaction (sau atomi sau orice alte particule sau organisme) este de lucru care trebuie să fie cheltuite pentru a dizolva particulele departe unul de altul -, astfel încât reacția a încetat. Un matematician ar spune - pentru a pune pe o distanță infinită. Mai aproape de particula, mai mult de lucru necesare pentru a le detașa unul față de celălalt. Valoarea maxima ajunge la munca atunci când particulele se află la echilibru distanță una față de alta. Acest lucru se numește energia de legare. În cazul în care particulele sunt comprimate și se resping reciproc, care se află la o distanță mai mică decât echilibrul, apoi se împarte lucrarea va fi, desigur, mai mici.

Curba energetică interacțiune tipică este prezentat în figura 2. Toate curbele sunt astfel de caracter. Dar trebuie să știi parametrii curbei pentru un anumit scop. În primul rând adâncimea importantă a sondei și abscisa acestuia - distanța de echilibru. Dar, în unele cazuri, avem nevoie de informații mai detaliate despre panta curbei de la stânga și dreapta poziției de echilibru. Toate informațiile despre substanța ascunsă într-o curbă de interacțiune a particulelor. Cunoașterea formei curbei, este posibil să se calculeze proprietățile termice și mecanice ale materialului.