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

Каква форма има молекулата? - Джордж Зайдан и Чарлс Мортън

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

What is the shape of a molecule?

Каква форма има молекулата?

Well, a molecule is mostly empty space.

Молекулата е преди всичко празно пространство.

Almost all of its mass is concentrated

Почти цялата ѝ маса е концентрирана

in the extremely dense nuclei of its atoms.

в изключително плътните ядра на атомите ѝ.

And its electrons,

А електроните,

which determine how the atoms

които определят как атомите

are bonded to each other,

да се свържат един с друг,

are more like clouds of negative charge

повече приличат на облаци с отрицателен заряд,

than individual, discrete particles.

отколкото на единични, отделни частици.

So, a molecule doesn't have a shape

Затова, молекулата няма форма

in the same way that, for example,

например в смисъла, в който

a statue has a shape.

една статуя има форма.

But for every molecule,

Но при всяка молекула

there's at least one way

има поне един начин

to arrange the nuclei and electrons

за подреждане на ядрата и електроните така,

so as to maximize the attraction

че да е най-силно привличането

of opposite charges

между противоположните заряди

and minimize the repulsion

и да е минимално отблъскването

of like charges.

на еднаквите заряди.

Now, let's assume that the only electrons

Да приемем, че единствените електрони,

that matter to a molecule's shape

които имат значение за формата на една молекула,

are the outermost ones from each participating atom.

са най-външните електрони на всеки участващ атом.

And let's also assume

Нека също да допуснем,

that the electron clouds in between atoms,

че електронните облаци между атомите

in other words, a molecule's bonds,

или с други думи връзките в молекулата

are shaped kind of like sausages.

имат форми, подобни на наденички.

Remember that nuclei are positively charged

Помните, че ядрата са положително заредени,

and electrons are negatively charged,

а електроните - отрицателно

and if all of a molecule's nuclei

и ако всички ядра в една молекула

were bunched up together

бяха събрани заедно

or all of its electrons were bunched up together,

или всичките ѝ електрони бяха струпани накуп,

they would just repel each other and fly apart,

те просто щяха да се отблъскват и да се раздалечават,

and that doesn't help anyone.

а това не помага на никого.

In 1776, Alessandro Volta,

През 1776 Алесандро Волта,

decades before he would eventually invent batteries,

десетилетия преди да изобрети батериите,

discovered methane.

открива метана.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

Химическата формула на метана е CH4.

And this formula tells us

И тази формула ни казва,

that every molecule of methane

че всяка молекула метан

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

се състои от един въглероден и четири водородни атома,

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

но не ни казва кой с кого е свързан

or how they atoms are arranged in 3D space.

или как се подреждат атомите в 3D пространството.

From their electron configurations,

От електронните им конфигурации знаем,

we know that carbon can bond

че въглеродът може да се свърже

with up to four other atoms

най-много с четири други атома,

and that each hydrogen can only bond

а водородът може да се свърже само

with one other atom.

с един друг атом.

So, we can guess

Затова можем да се досетим,

that the carbon should be the central atom

че въглеродът трябва да е централен атом,

bonded to all the hydrogens.

свързан с всички водородни.

Now, each bond represents

Всяка връзка означава

the sharing of two electrons

споделяне на два електрона

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

и рисуваме всяка споделена двойка като линия.

So, now we have a flat representation

Сега имаме плоско изображение

of this molecule,

на тази молекула,

but how would it look in three dimensions?

но как би изглеждала тя триизмерно?

We can reasonably say

С основание можем да кажем,

that because each of these bonds

че понеже всяка от тези връзки

is a region of negative electric charge

е област с отрицателен електрически заряд,

and like charges repel each other,

а еднаквите заряди се отблъскват,

the most favorable configuration of atoms

най-благоприятната конфигурация от атоми

would maximize the distance between bonds.

би била тази с максимално разстояние между връзките.

And to get all the bonds

А за да са раздалечени връзките

as far away from each other as possible,

възможно най-много,

the optimal shape is this.

оптималната форма е тази.

This is called a tetrahedron.

Нарича се тетраедър.

Now, depending on the different atoms involved,

В зависимост от различните атоми, които участват,

you can actually get lots of different shapes.

на практика могат да се получат много различни форми.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

Амонякът или NH3 има форма на пирамида.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Въглеродният двуокис или CO2 е права линия.

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

Водата, H2O, е сгъната като лакътя ви.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Хлорният трифлуорид или CIF3

is shaped like the letter T.

има формата на буквата Т.

Remember that what we've been doing here

Помните, че това, което правим тук

is expanding on our model of atoms and electrons

е да разширяваме модела си от атоми и електрони

to build up to 3D shapes.

до трииизмерни форми.

We'd have to do experiments

Ще трябва да експериментираме,

to figure out if these molecules

за да разберем дали молекулите

actually do have the shapes we predict.

наистина имат формите, които предричаме.

Spoiler alert:

Подсказване:

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

повечето имат такива форми, но някои - не.

Now, shapes get more complicated

Формите стават по-сложни

as you increase the number of atoms.

с увеличаването на броя атоми.

All the examples we just talked about

Всички примери, които обсъдихме

had one obviously central atom,

имаха един очевиден централен атом,

but most molecules,

но повечето молекули,

from relatively small pharmaceuticals

от сравнително малките фармацевтични

all the way up to long polymers

чак до дългите полимери

like DNA or proteins, don't.

като ДНК или протеините, нямат.

The key thing to remember

Основното, което да запомним е,

is that bonded atoms will arrange themselves

че свързаните атоми ще се подредят така,

to maximize the attraction between opposite charges

че да има максимално привличане между противоположните

and minimize the repulsion between like charges.

заряди, а отблъскването между еднаквите да е минимално.

Some molecules even have two or more

Някои молекули дори имат две или повече

stable arrangements of atoms,

стабилни групи атоми

and we can actually get really cool chemistry

и на практика се получава страхотна химия

from the switches between those configurations,

от превключването между тези конфигурации,

even when the composition of that molecule,

дори когато съставът на молекулата,

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

т.е. броят и видът на атомите ѝ,

has not changed at all.

не се е променил изобщо.