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

Ποιο είναι το σχήμα ενός μορίου; - Τζωρτ Ζέινταν και Τσαρλς Μόρτον.

Μετάφραση: Stefanos Reppas Επιμέλεια: Chryssa Takahashi

What is the shape of a molecule?

Ποιο είναι το σχήμα ενός μορίου;

Well, a molecule is mostly empty space.

Λοιπόν, ένα μόριο είναι, ως επί τον πλείστον, κενός χώρος.

Almost all of its mass is concentrated

Σχεδόν όλη η μάζα του είναι συγκεντωμένη

in the extremely dense nuclei of its atoms.

στους εξαιρετικά πυκνούς πυρήνες των ατόμων του.

And its electrons,

Και τα ηλεκτρόνια του,

which determine how the atoms

τα οποία καθορίζουν τον τρόπο

are bonded to each other,

σύνδεσης των ατόμων μεταξύ τους,

are more like clouds of negative charge

είναι περισσότερο σα νέφη αρνητικού φορτίου

than individual, discrete particles.

παρά ως μεμονωμένα διακριτά σωματίδια.

So, a molecule doesn't have a shape

Έτσι, ένα μόριο δεν έχει ένα σχήμα

in the same way that, for example,

με τον ίδιο τρόπο που, για παράδειγμα,

a statue has a shape.

έχει ένα άγαλμα.

But for every molecule,

Όμως για κάθε μόριο

there's at least one way

υπάρχει τουλάχιστον ένας τρόπος

to arrange the nuclei and electrons

κατάταξης των πυρήνων και των ηλεκτρονίων του

so as to maximize the attraction

έτσι ώστε να μεγιστοποιήσει την έλξη

of opposite charges

των ετερώνυμων φορτίων

and minimize the repulsion

και να ελαχιστοποιήσει την απώθηση

of like charges.

των ομώνυμων φορτίων.

Now, let's assume that the only electrons

Τώρα, ας υποθέσουμε ότι μόνο τα ηλεκτρόνια,

that matter to a molecule's shape

τα οποία έχουν σημασία για το σχήμα ενός μορίου,

are the outermost ones from each participating atom.

είναι τα εξωτερικά από κάθε συγκεκριμένο άτομο.

And let's also assume

Και επίσης, ας υποθέσουμε

that the electron clouds in between atoms,

ότι τα νέφη ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων,

in other words, a molecule's bonds,

με άλλα λόγια, των δεσμών ενός μορίου,

are shaped kind of like sausages.

είναι διαμορφωμένα, περίπου όπως τα λουκάνικα.

Remember that nuclei are positively charged

Να θυμάστε ότι οι πυρήνες είναι θετικά φορτισμένοι

and electrons are negatively charged,

και τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα

and if all of a molecule's nuclei

και αν όλοι οι πυρήνες του μορίου

were bunched up together

ήταν συγκεντρωμένα μαζί

or all of its electrons were bunched up together,

ή όλα τα ηλεκτρόνια του ήταν συγκεντρωμένα μαζί,

they would just repel each other and fly apart,

θα απωθούσαν απλά το ένα το άλλο και θα απομακρύνονται

and that doesn't help anyone.

και αυτό δεν βοηθά κανέναν.

In 1776, Alessandro Volta,

Το 1776, ο Αλεσάντρο Βόλτα,

decades before he would eventually invent batteries,

δεκαετίες πριν εφεύρει τελικά τις μπαταρίες,

discovered methane.

ανακάλυψε το μεθάνιο.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

Τώρα, ο χημικός τύπος του μεθανίου είναι CH4

And this formula tells us

Και αυτός ο τύπος μας λέει

that every molecule of methane

πως κάθε μόριο μεθανίου

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα και τέσσερα άτομα υδρογόνου

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

αλλά δεν μας λέει τι συνδέεται με τι

or how they atoms are arranged in 3D space.

ή πως αυτά τα άτομα είναι συνδεδεμένα σε τρισδιάστατο χώρο.

From their electron configurations,

Από τις συνθέσεις των ηλεκτρονίων

we know that carbon can bond

γνωρίζουμε πως ο άνθρακας μπορεί να συνδεθεί

with up to four other atoms

έως και με τέσσερα άλλα άτομα

and that each hydrogen can only bond

και ότι κάθε υδρογόνο μπορεί να έχει δεσμό μόνο

with one other atom.

με ένα άλλο άτομο.

So, we can guess

Έτσι, μπορούμε να μαντέψουμε

that the carbon should be the central atom

ότι ο άνθρακας θα είναι το κεντρικό άτομο,

bonded to all the hydrogens.

συνδεδεμένο με όλα τα υδρογόνα.

Now, each bond represents

Τώρα κάθε δεσμός αντιπροσωπεύει

the sharing of two electrons

την ανταλλαγή δύο ηλεκτρονίων

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

και σχεδιάζουμε κάθε κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων ως μία γραμμή.

So, now we have a flat representation

Λοιπόν, τώρα έχουμε μία επίπεδη απεικόνιση

of this molecule,

αυτού του μορίου,

but how would it look in three dimensions?

αλλά πως θα το δούμε σε τρεις διαστάσεις;

We can reasonably say

Μπορούμε εύλογα να πούμε

that because each of these bonds

ότι επειδή κάθε ένας από αυτούς τους δεσμούς

is a region of negative electric charge

είναι μία περιοχή αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου

and like charges repel each other,

και τα ομώνυμα φορτία απωθούν το ένα με το άλλο,

the most favorable configuration of atoms

η πιο ευνοϊκή διαμόρφωση των ατόμων

would maximize the distance between bonds.

θα μεγιστοποιήσει την απόσταση μεταξύ των δεσμών.

And to get all the bonds

Και για να είναι όλοι οι δεσμοί

as far away from each other as possible,

όσο το δυνατόν πιο μακρυά γίνεται ο ένας από τον άλλο,

the optimal shape is this.

το βέλτιστο σχήμα είναι αυτό.

This is called a tetrahedron.

Αυτό ονομάζεται τετράεδρο.

Now, depending on the different atoms involved,

Τώρα, ανάλογα με τα διάφορα εμπλεκόμενα άτομα,

you can actually get lots of different shapes.

μπορούμε πραγματικά να έχουμε πολλά διαφορετικά σχήματα.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

Η Αμμωνία ή NH3 έχει σχήμα όπως η πυραμίδα.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Το διοξείδιο του άνθρακα ή CO2 είναι μία ευθεία γραμμή.

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

Το νερό, H2O, κάμπτεται όπως ο αγκώνας σας λυγισμένος.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Και το τριφθοριούχο χλώριο ή CIF3

is shaped like the letter T.

έχει σχήμα όπως το γράμμα Τ.

Remember that what we've been doing here

Να θυμάστε ότι αυτό που έχουμε κάνει εδώ

is expanding on our model of atoms and electrons

είναι να επεκτείνουμε το μοντέλομας των ατόμων και των ηλεκτρονίων

to build up to 3D shapes.

για τη δημιουργία τρισδιάστατων σχημάτων.

We'd have to do experiments

Θα πρέπει να κάνουμε πειράματα

to figure out if these molecules

για να τα κατανοήσουμε εάν αυτά τα μόρια

actually do have the shapes we predict.

έχουν πράγματι τα σχήματα που εμείς προβλέπουμε.

Spoiler alert:

Προσοχή αποκάλυψη:

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

τα περισσότερα το κάνουν, αλλά μερικά από αυτά, όχι.

Now, shapes get more complicated

Τώρα, τα σχήματα γίνονται πιο περίπλοκα

as you increase the number of atoms.

καθώς αυξάνετε τον αριθμό των ατόμων.

All the examples we just talked about

Όλα τα παραδείγματα που μόλις αναφέραμε

had one obviously central atom,

είχαν ολοφάνερα ένα κεντρικό άτομο.

but most molecules,

αλλά τα περισσότερα μόρια,

from relatively small pharmaceuticals

από τα σχετικά μικρά φαρμακευτικά προϊόντα

all the way up to long polymers

μέχρι και τα μεγάλα πολυμερή

like DNA or proteins, don't.

όπως το DNA ή οι πρωτεΐνες, δεν έχουν.

The key thing to remember

Το βασικό πράγμα που πρέπει να θυμόμαστε

is that bonded atoms will arrange themselves

είναι ότι τα συνδεδεμένα άτομα θα τακτοποιηθούν μόνα τους

to maximize the attraction between opposite charges

ώστε να μεγιστοποιήσουν την έλξη μεταξύ των ετερώνυμων φορτίων

and minimize the repulsion between like charges.

και να ελαχιστοποιήσουν την απώθηση μεταξύ των ομώνυμων φορτίων.

Some molecules even have two or more

Μερικά μόρια έχουν δύο η περισσότερες

stable arrangements of atoms,

σταθερές συνθέσεις των ατόμων

and we can actually get really cool chemistry

και έχουμε πραγματικά πολύ ωραία χημεία

from the switches between those configurations,

από τις ανταλλαγές μεταξύ αυτών των συνθέσεων,

even when the composition of that molecule,

ακόμα και όταν η σύνθεση αυτού του μορίου

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

μας λέει ότι ο αριθμός και η ταυτότητα αυτών των ατόμων

has not changed at all.

δεν έχει αλλάξει καθόλου.