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

Translator: zhila aziz Reviewer: Daban Q. Jaff

What is the shape of a molecule?

شێوەی گەردیلەکان چییە؟

Well, a molecule is mostly empty space.

باشە، گەردیلەکان زیاتر بۆشایی بەتاڵ دروست دەکەن.

Almost all of its mass is concentrated

نزیکەی هەموو بارستەکەی چڕکراوەتەوە

in the extremely dense nuclei of its atoms.

لە ناوکە زۆر چڕەکەی ئەتۆمەکانی.

And its electrons,

و ئەلیکترۆنەکانیان،

which determine how the atoms

کە دیاری دەکەن چۆن توخمەکان

are bonded to each other,

بە یەکترەوە گرێ دراون،

are more like clouds of negative charge

زیاتر لە هەوری بارگە نێگەتیڤەکان دەچێت

than individual, discrete particles.

وەک لەوەی گەردیلەی تاک و جیابن.

So, a molecule doesn't have a shape

بۆیە، گەردیلە شێوەیەکی دیاری کراوەی نییە

in the same way that, for example,

بە هەمان شێوەی کە، بۆ نموونە،

a statue has a shape.

پەیکەرێک شێوەی هەیە.

بەڵام بۆ هەموو گەردیلەیەک،

But for every molecule,

there's at least one way

بە لایەنی کەمەوە یەک ڕێگە هەیە

to arrange the nuclei and electrons

بۆ ڕێکخستنی ناوک و ئەلیکترۆنەکانی

so as to maximize the attraction

بۆ زیاد کردنی کارلێک

of opposite charges

لە نێوان بارگە پێچەوانەکان

and minimize the repulsion

و کەمکردنەوەی دووبارە کردنەوە

of like charges.

لە بارگە لێکچووەکاندا.

Now, let's assume that the only electrons

ئێستا، با وا دابنێیین کە تاکە ئەلێکترۆنەکان

that matter to a molecule's shape

کە بۆ شێوەی گەردیلەکان گرینگن

are the outermost ones from each participating atom.

دوورترینە لە هەر توخمێکی هاوبەش.

And let's also assume

و با وا دابنێیین

that the electron clouds in between atoms,

کە هەوری ئەلیکترۆنی لە نێوان توخمەکان،

in other words, a molecule's bonds,

بە مانایەکی تر، بەستەرەی گەردیلەکان،

are shaped kind of like sausages.

لە شێوەی سۆسەج دەچێت.

Remember that nuclei are positively charged

بیرت بێت، ناوک بە شێوەیەکی پۆزەتیڤ بارگاوی کراوە

و ئەلیکترۆنەکان بە شێوەیەکی نێگەتیڤ بارگاوی کراون،

and electrons are negatively charged,

and if all of a molecule's nuclei

و ئەگەر هەموو ناوکی گەردیلە

were bunched up together

بە یەکەوە کۆکرابایەوە

or all of its electrons were bunched up together,

یان هەموو ئەلیکترۆنەکانی گەردیلە بە یەکەوە کۆکرابانەوە،

they would just repel each other and fly apart,

ئەوان تەنها لە یەکتر دوور دەکەوتنەوە و لە یەک جیاەبنەوە،

and that doesn't help anyone.

و ئەمەش یارمەتی کەس نادات.

In 1776, Alessandro Volta,

لە ساڵی ١٧٧٦، ئەلێساندرۆ ڤۆلتا،

decades before he would eventually invent batteries,

دەیان ساڵ پێش ئەوەی کە پاتریەکان دابهێنێت،

discovered methane.

میتانی دۆزییەوە.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

ئێستا، هاوکێشەی کیمیایی بۆ میتان CH4.

و ئەم هاوکێشەیە پێمان دەلێت

And this formula tells us

that every molecule of methane

کە هەموو گەردیلەکانی میتان

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

لە یەک توخمی کاربۆن و چوار توخمی هایدرۆجین دروست کراوە،

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

بەڵام ئەم هاوکێشەیە پێمان ناڵێت کە چی بەندکراوە بە چییەوە

or how they atoms are arranged in 3D space.

یان چۆن توخمەکانیان لە بۆشایی 3D ڕێک دەکەون .

لە ڕێگەی ڕێکخستنە ئەلیکترۆنییەکانیان،

From their electron configurations,

دەزانین کە کاربۆن دەتوانێت

we know that carbon can bond

with up to four other atoms

لەگەڵ چوار توخمی تردا ببەسترێت

and that each hydrogen can only bond

و هەر هایدرۆجینێک تەنیا دەتوانێت

لەگەڵ یەک توخمی تردا ببەسترێت.

with one other atom.

کەواتە، دەتوانین پێشبینی بکەین

So, we can guess

that the carbon should be the central atom

کە کاربۆن دەبێت ئەو توخمە ناوەندییە بێت

bonded to all the hydrogens.

کە بە هەموو هایدرۆجینەکانەوە بەستراوە.

Now, each bond represents

ئێستا، هەر بەستەرەیەک نوێنەرایەتی

دوو ئەلیکترۆنی هاوبەشی پێکراو دەکات

the sharing of two electrons

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

و هەر دوو ئەلیکترۆنێکی هاوبەش وەک هێڵێک دەکێشین.

So, now we have a flat representation

کەواتە، ئیستا نوێنەرایەتیەکی تەختمان هەیە

of this molecule,

بۆ ئەم گەردیلەیە،

but how would it look in three dimensions?

بەلام لە سێ دووریدا چۆن دەردەکەوێ؟

We can reasonably say

دەتوانین بە دروستی بلێین

that because each of these bonds

کە لەبەر هەر یەکێک لەو بەستەرانە

is a region of negative electric charge

ناوچەی بارگاویی نێگەتیڤە

and like charges repel each other,

و بارگە لێکچوەکان ناتەبا دەبن لەگەڵ یەک،

the most favorable configuration of atoms

گونجاوترین ڕیزکردنی توخمەکان

would maximize the distance between bonds.

وا دەکات کە مەودا لە نێوان بەستەرەکان تا ئەو ڕادەیە گەورە بێت.

And to get all the bonds

و بۆ ئەوەی هەموو ئەم بەستەرانە

as far away from each other as possible,

تا ئەو شوێنەکی کە دەکرێت لە یەکتری دوور بن،

the optimal shape is this.

شێوەی تەواو ئەمەیە.

This is called a tetrahedron.

ئەمە پێی دەوترێت تێراهێدرۆن.

Now, depending on the different atoms involved,

ئێستا، بە پشت بەستن بەو توخمانەی کە داپۆشراون،

you can actually get lots of different shapes.

دەتوانیت زۆر شێوەی جیاواز بە دەست بهێنی.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

ئامۆنیا، یان NH3، وەک هەڕەمێک شێوە کراوە.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

دووانە ئۆکسیدی کاربۆن، یان CO2، هێڵێکی ڕاستە.

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

ئاو، H2O, وەک ئانیشکت چەماوەیە.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

و کلۆر تریفلۆراید، یان CIF3،

is shaped like the letter T.

وەک پیتی T شێوە کراوە.

لە بیرت بێت ئەوەی ئێمە لێرە دەیکەین

Remember that what we've been doing here

is expanding on our model of atoms and electrons

درێژکردنەوەی مۆدێلی توخم و ئەلیکترۆنەکانمانە

بۆ بنیاتنانی شێوەی سێ دووریەکەیان.

to build up to 3D shapes.

دەبێت تاقیکردنەوە بکەین

We'd have to do experiments

بۆ ئەوەی بزانین ئایا ئەو گەردیلانە

to figure out if these molecules

لە ڕاستیدا ئەو شێوەیان هەیە کە ئێمە پێشبینیمان بۆ کردوون.

actually do have the shapes we predict.

Spoiler alert:

بۆ تێکدانی ئاگاداریی:

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

زۆربەیان هەن، بەڵام هەندێکیان نین.

Now, shapes get more complicated

ئێستا، شێوەکان ئاڵۆزتر دەبن

as you increase the number of atoms.

لەگەڵ زیادکردنی ژمارەی توخمەکان.

All the examples we just talked about

هەموو ئەو نموونانەی کە تازە باسمان کردن

had one obviously central atom,

یەک توخمی ناوەندی ئاشکرایان هەبوو،

بەڵام زۆربەی گەردیلەکان،

but most molecules,

from relatively small pharmaceuticals

لە دەرمانسازییەکی تا ڕادەیەک بچووک

all the way up to long polymers

و دەستڕاگەیشتن بە پۆلیمەرە دریژەکانی

like DNA or proteins, don't.

وەک DNA و پڕۆتینەکان ، نین.

The key thing to remember

سەرەکیترین شت کە دەبێت لە یادت بێت

is that bonded atoms will arrange themselves

ئەوەیە کە توخمە گرێدراوەکان خۆیان ڕێکدەخەن

to maximize the attraction between opposite charges

بۆ زیادکردنی یەکتر ڕاکێشان لە نێوان بارگە پێچەوانەکان

and minimize the repulsion between like charges.

و کەمکردنەوەی ناڕێکی لە نێوان بارگە هاوشێوەکان دا.

Some molecules even have two or more

تەنانەت هەندیک گەردیلە دوو یان زیاتر لە دوو

stable arrangements of atoms,

ڕیکخستنی جێگیری توخمییان هەیە،

and we can actually get really cool chemistry

و دەتوانین کیمیاییەکی زۆر باش بە دەست بێنین

from the switches between those configurations,

لە گۆڕینەوەکانی نێوان ئەو ڕێکخستنانە،

even when the composition of that molecule,

تەنانەت کاتێک پێکهاتەی ئەو گەردیلەیە،

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

واتە ژمارە و سروشتی گەردیلەکەی،

has not changed at all.

بە هیج جۆرێک نەگۆڕاوە.