What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

ما هو شكل الجزيئة؟ - جورج زيدان وتشارلز مورتون

المترجم: khalid marbou المدقّق: Anwar Dafa-Alla

What is the shape of a molecule?

ما هو شكل الجزيئة؟

Well, a molecule is mostly empty space.

حسنا، الجزيئة تتشكل في الغالب من فضاء فارغ.

Almost all of its mass is concentrated

كل كتلتها تقريبا متركزة

in the extremely dense nuclei of its atoms.

في النواة البالغة الكثافة لذراتها.

And its electrons,

وإلكتروناتها،

which determine how the atoms

والذي يحدد كيف تكون الذرات

are bonded to each other,

مرتبطة ببعضها البعض،

are more like clouds of negative charge

تبدو أكثر كسحب من الشحن السالبة

than individual, discrete particles.

منه كجزيئات مفردة ومنفصلة.

So, a molecule doesn't have a shape

إذن، لا تتوفر الجزيئة على شكل

in the same way that, for example,

مثلا بنفس الطريقة التي

a statue has a shape.

يتوفر بها تمثلا على شكل.

But for every molecule,

ولكن لكل جزيئة،

there's at least one way

هناك على الأقل طريقة

to arrange the nuclei and electrons

لترتيب النواة والإلكترونات

so as to maximize the attraction

بحيث يزداد تفاعل

of opposite charges

الشحن المتعارضة

and minimize the repulsion

وينقص تنافر

of like charges.

الشحن المتشابهة.

Now, let's assume that the only electrons

الآن، دعنا نفترض أن الإلكترونات الوحيدة

that matter to a molecule's shape

التي تعتبر ذات أهمية لشكل الجزيئة

are the outermost ones from each participating atom.

هي تلك الأبعد في كل من الذرات المتشاركة.

And let's also assume

ودعونا كذلك نفترض

that the electron clouds in between atoms,

أن سحابة الإلكترونات بين الذرات،

in other words, a molecule's bonds,

بعبارة أخرى، روابط الجزيئة،

are shaped kind of like sausages.

تشبه في شكلها النقانق.

Remember that nuclei are positively charged

تذكروا أن النوى لها شحن موجبة

and electrons are negatively charged,

والإلكترونات لها شحن سالبة،

and if all of a molecule's nuclei

إن كانت كل نوى الجزيئة

were bunched up together

متزاحمة مع بعضها

or all of its electrons were bunched up together,

أو أن كل إلكتروناتها متزاحمة مع بعضها البعض،

they would just repel each other and fly apart,

ستقوم إذاك فقط بصدّ بعضها البعض والتباعد،

and that doesn't help anyone.

وذلك لا يساعد أحدا.

In 1776, Alessandro Volta,

في سنة 1776، قام أليساندرو فولتا،

decades before he would eventually invent batteries,

لعقود قبل أن يقوم في النهاية باختراع البطاريات،

discovered methane.

باكتشاف الميثان.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

الآن، الصيغة الكيميائية للميثان هي CH4.

And this formula tells us

وهذه الصيغة تخبرنا

that every molecule of methane

بأنه كل جزيئة من الميثان

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

تتشكل من ذرة كربون وأربع ذرات من الهيدروجين،

but it doesn't tell us what's bonded to what

لكنها لا تخبرنا ما الذي يرتبط بماذا

or how they atoms are arranged in 3D space.

أو كيف تنتظم الذرات في الفضاء الثلاثي الأبعاد.

From their electron configurations,

من خلال ترتيباتهم الإلكترونية،

we know that carbon can bond

نعرف أن الكربون يرتبط

with up to four other atoms

بأربع ذرات أخرى

and that each hydrogen can only bond

وأن كل ذرة هيدروجين تستطيع أن ترتبط فقط

with one other atom.

بذرة أخرى.

So, we can guess

إذن، يمكننا أن نخمّن

that the carbon should be the central atom

أن الكربون يجب أن يكون الذرة الوسطى

bonded to all the hydrogens.

مرتبطة بكل الهيدروجينات.

Now, each bond represents

الآن، كل رابطة تمثل

the sharing of two electrons

مشاركة إلكترونين

and we draw each shared pair of electrons as a line.

نرسم كل زوج مشترك من الإلكترونات بخط.

So, now we have a flat representation

إذن، الآن لدينا تمثيل مستو

of this molecule,

للجزيئة،

but how would it look in three dimensions?

لكن كيف سيبدو بأبعاد ثلاثة؟

We can reasonably say

نستطيع أن نقول بشكل معقول

that because each of these bonds

بأنه، ولأن كلا من هاته الروابط

is a region of negative electric charge

هي منطقة للشحن السالبة

and like charges repel each other,

وأن الشحن المتشابهة تتنافر،

the most favorable configuration of atoms

الترتيب الأكثر تفضيلا للذرات

would maximize the distance between bonds.

سيجعل المسافة بين الروابط أكبر بقدر الإمكان.

And to get all the bonds

ولوضع كافة الروابط

as far away from each other as possible,

بأبعد ما يمكن عن بعضها البعض،

the optimal shape is this.

الشكل الأمثل هو هذا.

This is called a tetrahedron.

هذا يسمى برباعي سطوح.

Now, depending on the different atoms involved,

الآن، وبالاعتماد على مختلف الذرات المشمولة،

you can actually get lots of different shapes.

يمكنك في الواقع الحصول على أشكال مختلفة.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

الأمونياك أو NH3 يشبه الهرم.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

ثنائي أكسيد الكربون أو CO2 هو خط مستقيم.

Water, H2O, is bent like your elbow would be bent.

الماء، H2O، مقوس مثلما يكون الكوع مقوسا.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

وثلاثي فلوريد الكلور، أو CIF3،

is shaped like the letter T.

يشبه شكل الحرف T.

Remember that what we've been doing here

تذكروا أن ما نقوم به هنا

is expanding on our model of atoms and electrons

هو تمديد نموذجنا للذرات والإلكترونات

to build up to 3D shapes.

لبناء أشكال ثلاثية الأبعاد.

We'd have to do experiments

سيكون علينا القيام بتجارب

to figure out if these molecules

لمعرفة ما إذا كانت هذه الجزيئات

actually do have the shapes we predict.

تتوفر بالفعل على الأشكال التي تنبأنا بها.

Spoiler alert:

لأفسد المفاجئة:

most of the do, but some of them don't.

معظمها هي بالفعل كذلك، لكن بعضها لا تكون كذلك.

Now, shapes get more complicated

الآن، الأشكال تصبح أكثر تعقيدا

as you increase the number of atoms.

بزيادة عدد الذرات.

All the examples we just talked about

كل الأمثلة التي تحدثنا عنها للتو

had one obviously central atom,

تتوفر على ذرة مركزية واضحة واحدة،

but most molecules,

لكن معظم الجزيئات،

from relatively small pharmaceuticals

من المستحضرات الصيدلانية الصغيرة نسبيا

all the way up to long polymers

وصولا إلى البوليميرات الطويلة

like DNA or proteins, don't.

مثل الحمض النووي والبروتينات، ليست كذلك.

The key thing to remember

الأمر الأساسي لتذكره

is that bonded atoms will arrange themselves

هو أن الذرات المرتبطة تتشكّل

to maximize the attraction between opposite charges

بطريقة تسمح بجعل التجاذب بين الشحن المتنافية أكبر

and minimize the repulsion between like charges.

والتنافر بين الشحن المتشابهة أقل.

Some molecules even have two or more

بعض الجزيئات تتوفر حتى على تشكيلين ثابتين أو أكثر

stable arrangements of atoms,

من الذرات،

and we can actually get really cool chemistry

ويمكننا أن نحصل على كيمياء في غاية الروعة

from the switches between those configurations,

من المفاتيح ما بين تلك التركيبات،

even when the composition of that molecule,

حتى حين تكون تشكيلة تلك الجزيئة،

that's to say the number and identity of its atoms,

بمعنى عدد وطبيعة ذراتها،

has not changed at all.

لم تتغير على الإطلاق.