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

Translator: Marc Isbert Reviewer: Xavier Menduiña

What is the shape of a molecule?

Quina forma té una molècula?

Well, a molecule is mostly empty space.

Bé, una molècula és, sobretot, espai buit.

Almost all of its mass is concentrated

Gairebé tota la massa es concentra

in the extremely dense nuclei of its atoms.

al nucli extremadament dens dels àtoms.

And its electrons,

I els electrons,

which determine how the atoms

que determinen com els àtoms

are bonded to each other,

s'uneixen entre ells

are more like clouds of negative charge

són més un núvol de càrrega negativa

than individual, discrete particles.

que partícules individuals, discretes.

So, a molecule doesn't have a shape

Així, una molècula no té una forma

in the same way that, for example,

en el sentit que, per exemple,

a statue has a shape.

la té una estàtua.

Però per a cada molècula

But for every molecule,

there's at least one way

hi ha almenys una manera

to arrange the nuclei and electrons

d'ordenar el nucli i els electrons

so as to maximize the attraction

que fa màxima l'atracció

of opposite charges

entre càrregues oposades

and minimize the repulsion

i mínima la repulsió

of like charges.

entre càrregues iguals.

Now, let's assume that the only electrons

Suposem que els únics electrons

that matter to a molecule's shape

importants per la seva forma

are the outermost ones from each participating atom.

són els més externs de cada àtom.

And let's also assume

I suposem també

that the electron clouds in between atoms,

que els núvols electronics entre els àtoms,

in other words, a molecule's bonds,

és a dir, els enllaços moleculars,

are shaped kind of like sausages.

tenen forma de salsitxa.

Remember that nuclei are positively charged

Recordem que el nucli té càrrega positiva

and electrons are negatively charged,

i els electrons negativa,

and if all of a molecule's nuclei

i que si tots els nuclis

were bunched up together

estiguessin agrupats

or all of its electrons were bunched up together,

o bé ho estiguessin els electrons,

they would just repel each other and fly apart,

es repel·lerien i es separarien,

and that doesn't help anyone.

i això no interessa.

In 1776, Alessandro Volta,

EL 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

dècades abans que inventés les bateries,

discovered methane.

va descobrir el metà.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

La seva fórmula química és CH4.

I aquesta fórmula ens diu

And this formula tells us

that every molecule of methane

que cada molècula de metà

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

és formada per un àtom de carboni i quatre d'hidrogen,

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

però no ens diu qui s'enllaça amb qui

or how they atoms are arranged in 3D space.

o com es distribueixen els àtoms en l'espai.

From their electron configurations,

Per la configuració electrònica,

we know that carbon can bond

sabem que el carboni es pot unir

with up to four other atoms

amb fins a quatre àtoms

and that each hydrogen can only bond

i que cada hidrògen tan sols es pot unir

with one other atom.

amb un altre àtom.

So, we can guess

Podem suposar, per tant,

that the carbon should be the central atom

que el carboni deu estar al centre,

bonded to all the hydrogens.

envoltat pels hidrogens.

Now, each bond represents

Cada enllaç representa

the sharing of two electrons

dos electrons compartits

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

i dibuixem cada parell d'electrons compartits amb una línia.

So, now we have a flat representation

Ara tenim una representació plana

of this molecule,

d'aquesta molècula,

but how would it look in three dimensions?

però com deu ser en tres dimensions?

We can reasonably say

Podem dir raonablement

that because each of these bonds

que, com cada enllaç

is a region of negative electric charge

és una regió de càrrega elèctrica negativa

and like charges repel each other,

i les càrregues iguals es repel·len,

the most favorable configuration of atoms

la configuració més favorable d'àtoms

would maximize the distance between bonds.

serà la que faci màxima la distància entre enllaços.

And to get all the bonds

I per a que tots els enllaços

as far away from each other as possible,

estiguin tan allunyats com sigui possible,

the optimal shape is this.

la forma òptima és aquesta.

This is called a tetrahedron.

S'anomena tetraedre.

Now, depending on the different atoms involved,

Segons els àtoms implicats,

you can actually get lots of different shapes.

poden haver-hi moltes formes diferents.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

l'amoníac, NH3, té forma de piràmide.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

El diòxid de carboni, CO2, és una línia recta.

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

L'aigua, H2O, es plega com un colze.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

I el triflorur de carboni, ClF3,

is shaped like the letter T.

té forma de "T".

Remember that what we've been doing here

Recordeu que el que hem fet aquí

is expanding on our model of atoms and electrons

és extendre el nostre model d'àtoms i electrons

to build up to 3D shapes.

per a construir formes en 3D.

We'd have to do experiments

Cal fer experiments

to figure out if these molecules

per confirmar si les molècules

actually do have the shapes we predict.

tenen la forma que hem predit.

Spoiler alert:

Pista:

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

la majoria si, però algunes no.

Now, shapes get more complicated

Les formes es compliquen

as you increase the number of atoms.

a mesura que augmenta el nombre d'àtoms.

All the examples we just talked about

Tots els exemples vistos fins ara

had one obviously central atom,

tenen un àtom central clar,

però la majoria de les molècules,

but most molecules,

from relatively small pharmaceuticals

des de medicines senzilles

all the way up to long polymers

fins als llargs polímers

like DNA or proteins, don't.

com el DNA o les proteïnes, no el tenen.

The key thing to remember

La idea clau

is that bonded atoms will arrange themselves

és que els àtoms enllaçats s'organitzaran

to maximize the attraction between opposite charges

per maximitzar l'atracció entre càrregues diferents

and minimize the repulsion between like charges.

i minimitzar la repulsió entre càrregues iguals.

Some molecules even have two or more

Algunes molècules poden tenir dues o més

stable arrangements of atoms,

organitzacions estables d'àtoms,

and we can actually get really cool chemistry

i podem fer una química molt interessant

from the switches between those configurations,

alternant entre les dues configuracions,

even when the composition of that molecule,

encara que la seva composició,

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

és a dir, el tipus i nombre d'àtoms,

has not changed at all.

no ha canviat en absolut.