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

Che forma ha una molecola? - George Zaidan and Charles Morton

Traduttore: Claudio Dinapoli Revisore: Ariana Bleau Lugo

What is the shape of a molecule?

Che forma ha una molecola?

Well, a molecule is mostly empty space.

Beh, una molecola è per lo più spazio vuoto.

Almost all of its mass is concentrated

Quasi tutta la sua massa è concentrata

in the extremely dense nuclei of its atoms.

nei nuclei estremamente densi dei suoi atomi.

And its electrons,

E i suoi elettroni,

which determine how the atoms

che determinano come gli atomi

are bonded to each other,

sono legati gli uni agli altri,

are more like clouds of negative charge

sono più come nubi di carica negativa

than individual, discrete particles.

piuttosto che particelle individuali e distinte.

So, a molecule doesn't have a shape

Una molecola non ha quindi una forma

in the same way that, for example,

nello stesso modo in cui, ad esempio,

a statue has a shape.

una statua ha una sua forma.

But for every molecule,

Ma per ogni molecola

there's at least one way

c'è almeno un modo

to arrange the nuclei and electrons

di sistemare i nuclei e gli elettroni

so as to maximize the attraction

in modo da massimizzare l'attrazione

of opposite charges

di cariche opposte

and minimize the repulsion

e ridurre al minimo la repulsione

of like charges.

di cariche uguali.

Now, let's assume that the only electrons

Ora, diamo per scontato che i soli elettroni

that matter to a molecule's shape

importanti per la forma della molecola

are the outermost ones from each participating atom.

siano quelli più lontani da ciascun atomo partecipante.

And let's also assume

E diamo anche per scontato

that the electron clouds in between atoms,

che le nubi di elettroni tra gli atomi,

in other words, a molecule's bonds,

in altre parole, i legami di una molecola,

are shaped kind of like sausages.

abbiano una forma simile a salsicce.

Remember that nuclei are positively charged

Ricordate che i nuclei hanno carica positiva,

and electrons are negatively charged,

mentre gli elettroni ne hanno una negativa,

and if all of a molecule's nuclei

e se tutti i nuclei di una molecola

were bunched up together

fossero ammassati insieme

or all of its electrons were bunched up together,

o tutti i suoi elettroni fossero ammassati insieme

they would just repel each other and fly apart,

si respingerebbero a vicenda e volerebbero via,

and that doesn't help anyone.

e questo non aiuta nessuno.

In 1776, Alessandro Volta,

Nel 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

decenni prima che inventasse le batterie,

discovered methane.

scoprì il metano.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

La formula chimica del metano è CH4.

And this formula tells us

E questa formula ci dice

that every molecule of methane

che ogni molecola di metano

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

è composta da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno,

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

ma non ci dice cosa è legato a cosa

or how they atoms are arranged in 3D space.

o come gli atomi si dispongono nello spazio tridimensionale.

From their electron configurations,

Dalle loro configurazioni elettroniche

we know that carbon can bond

sappiamo che il carbonio può legarsi

with up to four other atoms

con un massimo di quattro altri atomi

and that each hydrogen can only bond

e che ciascun idrogeno può legarsi

with one other atom.

ad un unico altro atomo.

So, we can guess

Possiamo quindi supporre

that the carbon should be the central atom

che il carbonio dovrebbe essere l'atomo centrale

bonded to all the hydrogens.

legato a tutti gli idrogeni.

Now, each bond represents

Ora, ciascun legame rappresenta

the sharing of two electrons

la condivisione di due elettroni

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

e rappresentiamo ciascuna coppia di elettroni come una linea.

So, now we have a flat representation

Dunque, ora abbiamo una rappresentazione piatta

of this molecule,

di questa molecola.

but how would it look in three dimensions?

Ma come sarebbe il suo aspetto tridimensionale?

We can reasonably say

Possiamo affermare con ragionevolezza

that because each of these bonds

che dato che ciascuno di questi legami

is a region of negative electric charge

è un'area di carica elettrica negativa

and like charges repel each other,

e le cariche simili si respingono a vicenda,

the most favorable configuration of atoms

la configurazione degli atomi più favorevole

would maximize the distance between bonds.

massimizzerebbe la distanza tra i legami.

And to get all the bonds

E per avere tutti i legami

as far away from each other as possible,

il più lontano possibile gli uni dagli altri,

the optimal shape is this.

la forma ottimale è questa.

This is called a tetrahedron.

Viene chiamato tetraedro.

Now, depending on the different atoms involved,

Ora, in base ai differenti atomi coinvolti,

you can actually get lots of different shapes.

potete in realtà ottenere un sacco di forme differenti.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

L'ammoniaca, NH3, ha una forma simile a una piramide.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Il diossido di carbonio, CO2, è una linea dritta.

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

L'acqua, H2O, è una molecola piegata come farebbe il vostro gomito.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

E il trifluoruro di cloro, o ClF3,

is shaped like the letter T.

ha una forma simile alla lettera T.

Remember that what we've been doing here

Ricordatevi che quello che abbiamo fatto finora qui

is expanding on our model of atoms and electrons

è ampliare il nostro modello di atomi ed elettroni

to build up to 3D shapes.

per sviluppare forme tridimensionali.

We'd have to do experiments

Dovremmo fare esperimenti

to figure out if these molecules

per capire se queste molecole

actually do have the shapes we predict.

realmente hanno le forme che noi prediciamo.

Spoiler alert:

Attenzione a questa notizia che potrebbe rovinare la sorpresa:

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

la maggioranza lo fa, ma alcune no.

Now, shapes get more complicated

Le forme diventano più complicate

as you increase the number of atoms.

quando aumentate il numero di atomi.

All the examples we just talked about

Tutti gli esempi di cui abbiano appena parlato

had one obviously central atom,

avevano ovviamente un atomo centrale,

but most molecules,

ma la maggioranza delle molecole,

from relatively small pharmaceuticals

da quelle relativamente piccole farmaceutiche

all the way up to long polymers

fino a giungere ai lunghi polimeri

like DNA or proteins, don't.

come il DNA o le proteine non li hanno.

The key thing to remember

L'elemento chiave da ricordare

is that bonded atoms will arrange themselves

è che gli atomi legati si sistemeranno

to maximize the attraction between opposite charges

per massimizzare l'attrazione tra le cariche opposte

and minimize the repulsion between like charges.

e minimizzare la repulsione tra le cariche uguali.

Some molecules even have two or more

Alcune molecole hanno addirittura due o più

stable arrangements of atoms,

sistemazioni stabili di atomi,

and we can actually get really cool chemistry

e possiamo fare della chimica favolosa

from the switches between those configurations,

da questi cambi tra quelle configurazioni,

even when the composition of that molecule,

anche quando la composizione di quella molecola,

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

ossia il numero e l'identità dei suoi atomi,

has not changed at all.

non cambia affatto.