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

תרגום: Ido Dekkers עריכה: benyamin zinshtein

What is the shape of a molecule?

מהי הצורה של המולקולה?

Well, a molecule is mostly empty space.

ובכן, מולקולה היא בעיקרה חלל ריק.

Almost all of its mass is concentrated

כמעט כל המאסה מרוכזת

in the extremely dense nuclei of its atoms.

בגרעין הדחוס של האטומים.

And its electrons,

והאלקטרונים שלהם,

which determine how the atoms

שקובעים איך האטומים

are bonded to each other,

מחוברים אחד לשני,

are more like clouds of negative charge

הם יותר כמו ענן של מטען שלילי

than individual, discrete particles.

מאשר חלקיקים בודדים.

So, a molecule doesn't have a shape

אז, למולקולה אין צורה

in the same way that, for example,

באותה דרך, שלדוגמה,

a statue has a shape.

לפסל יש.

But for every molecule,

אבל לכל מולקולה,

there's at least one way

יש לפחות דרך אחת

to arrange the nuclei and electrons

לארגן את הגלעינים והאלקטרונים

so as to maximize the attraction

כך שהיא תמקסם את המשיכה

of opposite charges

של מטענים מנוגדים

and minimize the repulsion

ותקטין את הדחיה

of like charges.

של מטענים דומים.

Now, let's assume that the only electrons

עכשיו, בואו נניח שרק האלקטרונים

that matter to a molecule's shape

שמשנים לצורה המולקולרית

are the outermost ones from each participating atom.

הם הקיצונים ביותר בכל אטום משתתף.

And let's also assume

ובואו נניח גם

that the electron clouds in between atoms,

שענני האלקטרונים בין האטומים,

in other words, a molecule's bonds,

במילים אחרות, הקשרים של המולקולה,

are shaped kind of like sausages.

מעוצבים כמו סוג של נקניקיה.

Remember that nuclei are positively charged

זכרו שהגלעינים טעונים חיובית

and electrons are negatively charged,

ואלקטרונים טעונים שלילית,

and if all of a molecule's nuclei

ואם כל הגלעינים של המולקולה

were bunched up together

היו מקובצים יחד

or all of its electrons were bunched up together,

או כל האלקטרונים היו מקובצים יחד,

they would just repel each other and fly apart,

הם פשוט ידחו אחד את השני ויתרחקו,

and that doesn't help anyone.

וזה לא עוזר לאף אחד.

In 1776, Alessandro Volta,

ב 1776, אלסנדרו וולטה,

decades before he would eventually invent batteries,

עשורים לפני שהוא המציא לבסוף את הסוללה,

discovered methane.

גילה את המתאן.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

עכשיו, הנוסחה הכימית של מתאן היא CH4.

And this formula tells us

והנוסחה הזו אומרת לנו

that every molecule of methane

שכל מולקולה של מתאן

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

עשויה מפחמן אחד וארבעה אטומי מימן,

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

אבל זה לא אומר לנו איך הקשרים נראים

or how they atoms are arranged in 3D space.

או איך האטומים מסודרים במרחב התלת מימדי.

From their electron configurations,

מסידור האלטרונים שלהם,

we know that carbon can bond

אנחנו יודעים שפחמן יכול להקשר

with up to four other atoms

עם עד ארבעה אטומים אחרים

and that each hydrogen can only bond

וכל מימן יכול להקשר רק

with one other atom.

עם אטום אחד אחר.

So, we can guess

אז, אנחנו יכולים לנחש

that the carbon should be the central atom

שהפחמן הוא האטום המרכזי

bonded to all the hydrogens.

שקשור לכל אטומי המימן.

Now, each bond represents

עכשיו, כל קשר מיצג

the sharing of two electrons

את השיתוף של שני אלקטרונים

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

ואנחנו מציירים כל זוג אלקטרונים משותפים כקו.

So, now we have a flat representation

אז, עכשיו יש לנו יצוג שטוח

of this molecule,

של המולקולה הזו,

but how would it look in three dimensions?

אבל איך זה יראה בתלת מימד?

We can reasonably say

אנחנו יכולים להגיד די בבטחון

that because each of these bonds

שבגלל שכל אחד מהקשרים האלה

is a region of negative electric charge

הוא אזור של מטען שלילי

and like charges repel each other,

ומטענים דומים דוחים זה את זה,

the most favorable configuration of atoms

הסידור המועדף של האטומים

would maximize the distance between bonds.

יהיה למקסם את המרחקים בין הקשרים.

And to get all the bonds

וכדי שכל הקשרים האלה

as far away from each other as possible,

יהיו רחוקים אחד מהשני ככל האפשר,

the optimal shape is this.

המרחק האופטימלי הוא זה.

This is called a tetrahedron.

זה נקרא טטרהדרון.

Now, depending on the different atoms involved,

עכשיו, תלוי באטומים השונים המעורבים,

you can actually get lots of different shapes.

אתם יכולים למעשה לקבל הרבה צורות שונות.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

אמוניה, או NH3, נראית כמו פירמידה.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

פחמן דו חמצני, או CO2, הוא שורה ישרה.

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

מים, H2O, מכופף כמו שמרפק מתכופף.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

ולכלור טרי פלואורי, או ClF3,

is shaped like the letter T.

יש צורה של האות T.

Remember that what we've been doing here

זיכרו שמה שעשינו פה

is expanding on our model of atoms and electrons

זה להרחיב על מודל האטום והאלקטרונים שלנו

to build up to 3D shapes.

כדי לבנות צורות תלת מימדיות.

We'd have to do experiments

אנחנו נצטרך לעשות ניסויים

to figure out if these molecules

כדי להבין אם המולקולות האלו

actually do have the shapes we predict.

באמת מסודרות בצורות שחזינו.

Spoiler alert:

אסהרת ספויילר:

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

רובן כך, אבל חלקן לא.

Now, shapes get more complicated

עכשיו, צורות נעשות יותר מסובכות

as you increase the number of atoms.

כשמגדילים את מספר האטומים.

All the examples we just talked about

בכל הדוגמאות שדיברנו עליהן

had one obviously central atom,

היה אטום מרכזי בברור,

but most molecules,

אבל לרוב המולקולות,

from relatively small pharmaceuticals

מקטנות יחסית בתרופות

all the way up to long polymers

עד פולימרים ארוכים

like DNA or proteins, don't.

כמו לחלבוני DNA, אין.

The key thing to remember

הדבר העיקרי לזכור

is that bonded atoms will arrange themselves

הוא שאטומים קשורים יארגנו את עצמם

to maximize the attraction between opposite charges

כדי למקסם את המשיכה של מטענים מנוגדים

and minimize the repulsion between like charges.

ולהקטין את הדחיה בין מטענים זהים.

Some molecules even have two or more

לכמה מולקולות יש אפילו שניים או יותר

stable arrangements of atoms,

סידורים יציבים של אטומים,

and we can actually get really cool chemistry

ואנחנו יכולים למעשה לקבל כימיה ממש מגניבה

from the switches between those configurations,

מהמעברים בין הסידורים האלה,

even when the composition of that molecule,

אפילו כשההרכב של המולקולות האלו,

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

זה אומר מספר והזהות של האטומים שלה,

has not changed at all.

לא השתנה בכלל.