Molècula
En química, una molècula és un grup elèctricament neutre i suficientment estable d'almenys dos àtoms en una configuració definida, units per enllaços químics forts (covalents o enllaç iònic).[1][2][3][4][5][6] En aquest estricte sentit les molècules es diferencien dels ions poliatòmics. A la química orgànica i la bioquímica, el terme “molècula” s'utilitza de manera menys estricta i s'aplica també als compostos orgànics (molècules orgàniques) i a les biomolècules.
Abans hom definia la molècula, de manera menys general i precisa, com la més petita part d'una substància que podia tenir existència independent i estable conservant encara les seves propietats físico-químiques. D'acord amb aquesta definició podien existir molècules monoatòmiques. A la teoria cinètica dels gasos, el terme molècula s'aplica a qualsevol partícula gasosa amb independència de la seva composició. D'acord amb aquesta definició els àtoms d'un gas noble es considerarien molècules tot i que es componen d'àtoms no enllaçats.[7]
Una molècula pot consistir en diversos àtoms d'un únic element químic, com en el cas de l'oxigen (O2), o de diferents elements, com en el cas de l'aigua (H2O). Els àtoms i complexos units per enllaços no covalents com els enllaços d'hidrogen o els enllaços iònics no s'acostumen a considerar com a molècules individuals.
Les molècules com a components de la matèria són comunes a les substàncies orgàniques (i per tant a la bioquímica). També conformen la major part dels oceans i de l'atmosfera. Però un gran nombre de substàncies sòlides familiars, que inclouen la major part dels minerals que composen l'escorça, el mantell i el nucli de la Terra, contenen molts enllaços químics, però no estan formats per molècules. Cap de les molècules típiques no pot estar formada per cristalls iònics (sals) o per cristalls covalents, encara que sovint estan compostos per cel·les unitàries que es repeteixen, ja sigui en un pla (com en el grafit) o en tres dimensions (com en el diamant o el clorur de sodi). Aquest sistema de repetir una estructura unitària diverses vegades també és vàlida per a la majoria de les fases condensades de la matèria com els enllaços metàl·lics. En el vidre (sòlids que presenten un estat vitri desordenat), els àtoms també poden estar units per enllaços químics sense que es pugui identificar cap tipus de molècula, però també sense la regularitat de la repetició d'unitats que caracteritza els cristalls.
Taula de continguts |
Etimologia [modifica]
La paraula moderna molècula és del 1864, i és un diminutiu savi modern del llatí mōlēs, que significa "massa, volum".[8]
Grandària de les molècules [modifica]
La majoria de les molècules són massa petites per ser vistes a ull nu, però hi ha excepcions. La macromolècula d'ADN, així com altres polímers, poden arribar a tenir mides macroscòpiques. Les molècules que normalment s'utilitzen com a blocs constituents en síntesi orgànica tenen una dimensió que va d'uns pocs Å a unes dotzenes. Les molècules més grans són anomenades macromolècules.
La molècula més petita és l'dihidrògen (H2) que té un enllaç de 0,74 Å.[9] La molècula amb el diàmetre més gran és la sílica mesoporosa, amb 1000 Å (100 nm)[10]
Tipus de molècules [modifica]
Segons el nombre d'àtoms les molècules es classifiquen en:
- Molècules discretes. Les constituïdes per un nombre ben definit i en general petit d'àtoms.
-
Molècula de nitrogen, N2
-
Molècula d'aigua, H2O
-
Molècula de sacarosa
-
Molècula d'àcid linolènic
_white.png)
- Macromolècules o polímer. Són molècules amb una massa molecular relativament alta, amb una estructura formada per la repetició d'unitats derivades, realment o conceptual, de molècules de baix pes molecular. En molts casos, especialment per als polímers sintètics, pot considerar-se que una macromolècula té una elevada massa molecular relativa, si l'addició o supressió d'una o diverses de les unitats té un efecte insignificant en les seves propietats. Això no en el cas d'algunes de les macromolècules les propietats de les quals poden ser críticament dependents de detalls fins de l'estructura molecular.[11]
-
Part d'una macromolècula de silicona
-
Part d'una macromolècula de nitrocel·lulosa
-
Part d'una macromolècula d'ADN
-
Part d'una proteïna
Fórmula molecular [modifica]
Una propietat important de qualsevol molècula és la seva fórmula química, aquesta es pot expressar com a fórmula empírca que relaciona la quantitat d'àtoms de cada element hi ha, en el cas d'un compost o simplement el total d'àtoms en el cas d'un element. Per exemple, l'aigua (H2O), està formada per dos àtoms d'hidrogen (H) i un d'oxigen (O), per tant té un relació de 2:1 d'hidrogen i oxígen. Les molècules d'oxigen atmosfèric estan formades per dos àtoms d'oxigen (O). L'etanol està composat de carboni, hidrogen i oxigen en una relació 2:6:1. Aquesta relació no determina per si sola la classe de molècula, per exemple l'èter dimetílic té la mateixa relació que l'etanol i són molècules diferents, tenen els mateixos àtoms però una estructura diferent: són isòmers.
També es pot expressar la seva fórmula química com a fórmula molecular, que reflexa la quantitat exacta d'àtoms que la composen, així es poden diferenciar més molècules, tot i que els isòmers tenen la mateixa fórmula molecular però representen diferents molècules.
La fórmula empírica pot ser equivalent a la fórmula molecular, però no sempre. Per exemple, la molècula d'acetilè té la fórmula molecular C2H2, però la fórmula empírica seria CH.
Història [modifica]
Hipòtesi d'Avogadro [modifica]
No fou fins a 1814 quan el químic italià Amedeo Avogadro proposà l'existència de molècules formades per dos o més àtoms. Segons Avogadro, en una reacció química una molècula de reactiu ha de reaccionar amb una o diverses molècules d'un altre reactiu, donant lloc a una o diverses molècules del producte, però una molècula no pot reaccionar amb un nombre no sencer de molècules, ja que la unitat mínima d'un reactiu és la molècula. Ha d'existir, per tant, una relació de nombres enters senzills entre les molècules dels reactius, i entre aquestes molècules i les del producte.
Segons la llei de Charles i Gay-Lussac aquesta mateixa relació és la que ocorre entre els volums dels gasos en una reacció química. Per això, deu existir una relació directa entre aquests volums de gasos i el nombre de molècules que contenen. Per a explicar aquesta llei, Avogadro introduí la hipòtesi de què les molècules de la majoria dels gasos elementals més habituals (hidrogen, clor, oxigen, nitrogen, etc.) eren diatòmiques (H2, Cl2, O2, N2, etc.), és a dir, que per mitjà de reaccions químiques es poden separar en dos àtoms.
La hipòtesi d'Avogadro no fou admesa per la comunitat científica fins el 1860 quan un deixeble d'Avogadro, Stanislao Cannizzaro, presentà en una reunió científica a Karlsruhe un article (publicat en 1858) sobre les hipòtesis d'Avogadro i la determinació de masses atòmiques.
Proves d'Einstein i Perrin [modifica]
El 1827 Robert Brown, un botànic escocès, informà que els grànuls de pol·len submergits en l'aigua es mouen contínuament i es traslladen de manera irregular d'un lloc a un altre, és el que s'anomenà moviment brownià. En principi es pensà en què els grans de pol·len tenien vida, però el 1863 se suggerí que el moviment observat podia ser a causa d'un bombardeig desigual de les partícules de pol·len per les molècules d'aigua del seu voltant. En els objectes macroscòpics no s'observava perquè els impactes són massa petits per produir cap efecte. Però en el cossos microscòpics, bombardejats potser per uns pocs centenars de molècules per segon, un petit excés, per un o un altre costat, poden determinar una agitació observable. No hi hagué una interpretació teòrica d'aquesta observació fins que Albert Einstein oferí una explicació quantitativa el 1905.[12] Einstein elaborà un model teòric que permetia fer prediccions precises sobre la mida de les partícules.
Tres anys més tard, el físic francès Jean Baptiste Perrin per tal de confirmar les prediccions d'Einstein realitzà un estudi experimental del moviment brownià.[13] El seu treball fou possible gràcies al desenvolupament de l'ultramicroscopi per Richard Zsigmondy i Henry Siedentopf el 1903. Perrin estudià la forma en què les partícules sedimentaven dins de l'aigua, degut a la influència de la gravetat. A aquesta sedimentació s'oposen les col·lisions de les molècules d'aigua procedents de la part inferior, de manera que el moviment brownià s'oposa a la força de la gravetat. Perrin emprà aquest descobriment per calcular la mida de les molècules mitjançant l'equació d'Einstein i demostrà la seva validesa. La importància fonamental d'aquest treball és que estableix l'atomisme com una cosa més que una hipòtesi útil. Fou principalment com a resultat de la tasca de Perrin que els més eminents escèptics a l'existència de les molècules, entre ells Wilhelm Ostwald, finalment cediren.
Tipus d'enllaços en les molècules [modifica]
En les molècules, es pot imaginar que els parells electrònics compartits mantenen units als àtoms entre si es tracta de l'enllaç covalent. Depenent de la diferència d'electronegativitat entre els àtoms, l'enllaç serà purament covalent, o presentarà certa polaritat o contribució iònica. Les molècules rarament es troben sense interacció entre elles, excepte els gasos nobles. Així, poden trobar-se en xarxes cristal·lines, com el cas de les molècules d'H2O en el gel o amb interaccions intenses però que canvien ràpidament de direcció, com en l'aigua líquida. L'estudi de les interaccions específiques entre molècules, incloent el reconeixement molecular és el camp d'estudi de la química supramolecular. Aquestes forces són fonamentals per a propietats com la solubilitat o el punt d'ebullició. Algunes d'elles, en ordre decreixent d'intensitat, són:
Referències [modifica]
 |
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Molècula |
- ↑ Unió Internacional de Química Pura i Aplicada: (1994) molecule, Compendium of Chemical Terminology, conegut com a Gold Book.
- ↑ Pauling, Linus. General Chemistry. New York: Dover Publications, Inc., 1970. ISBN 0-486-65622-5.
- ↑ Ebbin, Darrell, D.. General Chemistry, 3th Ed.. Boston: Houghton Mifflin Co., 1990. ISBN 0-395-43302-9.
- ↑ Brown, T.L.. Chemistry – the Central Science, 9th Ed.. New Jersey: Prentice Hall, 2003. ISBN 0-13-066997-0.
- ↑ Chang, Raymond. Chemistry, 6th Ed.. New York: McGraw Hill, 1998. ISBN 0-07-115221-0.
- ↑ Zumdahl, Steven S.. Chemistry, 4th ed.. Boston: Houghton Mifflin, 1997. ISBN 0-669-41794-7.
- ↑ Chandra, Sulekh. Comprehensive Inorganic Chemistry. New Age Publishers. ISBN 8122415121.
- ↑ Enciclopèdia Catalana. Gran diccionari de la llengua catalana, 1999.
- ↑ Roger L. DeKock, Harry B. Gray; Harry B. Gray. Chemical structure and bonding. University Science Books, 1989, p. 199. ISBN 0-935702-61-X.
- ↑ Benjamin F. Mann et al. «Sub 2-μm Macroporous Silica Particles Derivatized for Enhanced Lectin Affinity Enrichment of Glycoproteins». Anal. Chem., 85 (3), 1/1/2013, pp 1905-1912. DOI: 10.1021/ac303274w [Consulta: 5 maig 2013].
- ↑ McNaught, A.D.; Wilkinson, A. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, the "Gold Book". 2ª (en anglès). Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. DOI 10.1351/goldbook.M03667. ISBN 0-9678550-9-8 [Consulta: 28-maig-09].
- ↑ Einstein, A.. «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen» (pdf) (en alemany). Annalen der Physik [Leipzig], 17, 1905, p. 549–560.
- ↑ Perrin, J.. «Mouvement brownien et réalité moléculaire» (en francès). Annales de chimie et de physique [París], 18, 1909, p. 5-114.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
