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

Kāda ir molekulas forma? — Džordžs Zaidens un Čārlzs Mortons

Translator: Kristaps Kadiķis Reviewer: Ilze Garda

What is the shape of a molecule?

Kāda ir molekulas forma?

Well, a molecule is mostly empty space.

Molekula lielākoties ir tukša telpa.

Almost all of its mass is concentrated

Teju visa tās masa ir koncentrēta

in the extremely dense nuclei of its atoms.

tās atomu ārkārtīgi blīvajos kodolos.

And its electrons,

Tās elektroni,

which determine how the atoms

kas nosaka, kā atomi

are bonded to each other,

ir savstarpēji savienojušies,

are more like clouds of negative charge

līdzinās vairāk negatīva lādiņa mākoņiem

than individual, discrete particles.

nekā atsevišķām daļiņām.

So, a molecule doesn't have a shape

Tātad, molekulai nav formas

in the same way that, for example,

tādā nozīmē kā, piemēram,

a statue has a shape.

forma ir statujai.

But for every molecule,

Taču ikvienai molekulai

there's at least one way

ir vismaz viens veids,

to arrange the nuclei and electrons

kā izvietot kodolu un elektronus tā,

so as to maximize the attraction

lai iegūtu vislielāko pretējo lādiņu pievilkšanos

of opposite charges

and minimize the repulsion

un vismazāko līdzīgo lādiņu atgrūšanos.

of like charges.

Now, let's assume that the only electrons

Pieņemsim, ka vienīgie elektroni,

that matter to a molecule's shape

kas ietekmē molekulas formu,

are the outermost ones from each participating atom.

ir katra iesaistītā atoma ārējie elektroni.

And let's also assume

Pieņemsim arī,

that the electron clouds in between atoms,

ka starp atomiem esošajiem elektronu mākoņiem

in other words, a molecule's bonds,

jeb molekulu saitēm

are shaped kind of like sausages.

ir desiņas forma.

Remember that nuclei are positively charged

Atcerēsimies, ka kodols ir pozitīvi lādēts

and electrons are negatively charged,

un elektroni ir negatīvi lādēti.

and if all of a molecule's nuclei

Ja visi molekulas kodoli

were bunched up together

vai visi tās elektroni

or all of its electrons were bunched up together,

būtu savākti vienkopus,

they would just repel each other and fly apart,

tie vienkārši atgrūstos un aizlidotu katrs uz savu pusi,

and that doesn't help anyone.

un tas nevienam neko nedotu.

In 1776, Alessandro Volta,

1776. gadā Alesandro Volta

decades before he would eventually invent batteries,

— vēl desmitiem gadu pirms viņš izgudroja baterijas —

discovered methane.

atklāja metānu.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

Metāna ķīmiskā formula ir CH4.

And this formula tells us

Šī formula mums pasaka,

that every molecule of methane

ka ikvienu metāna molekulu

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

veido viens oglekļa un četri ūdeņraža atomi,

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

tomēr tā nepasaka priekšā, kas ir savienots ar ko

or how they atoms are arranged in 3D space.

vai kā atomi ir izvietoti 3D telpā.

From their electron configurations,

No atomu elektronu konfigurācijām

we know that carbon can bond

mēs zinām, ka ogleklis var saistīties

with up to four other atoms

ar līdz pat četriem citiem atomiem

and that each hydrogen can only bond

un, ka katrs ūdeņraža atoms var saistīties

with one other atom.

tikai ar vienu citu atomu.

So, we can guess

Tātad, varam minēt,

that the carbon should be the central atom

ka ogleklim jābūt centrālajam atomam,

bonded to all the hydrogens.

kas saista visus ūdeņražus.

Now, each bond represents

Katra saite nozīmē

the sharing of two electrons

divus kopīgus elektronus.

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

Katru kopīgo elektronu pāri mēs zīmējam kā līniju.

So, now we have a flat representation

Nu mums ir plakans šīs molekulas attēlojums.

of this molecule,

but how would it look in three dimensions?

Bet kā tā izskatītos trīs dimensijās?

We can reasonably say

Varam gana pamatoti teikt —

that because each of these bonds

tā kā katra no šīm saitēm

is a region of negative electric charge

ir apgabals ar negatīvu elektrisko lādiņu

and like charges repel each other,

un līdzīgie lādiņi atgrūžas,

the most favorable configuration of atoms

vispiemērotākais atomu izvietojums būtu tāds,

would maximize the distance between bonds.

kurā attālums starp saitēm būtu iespējami lielāks.

And to get all the bonds

Lai visas saites atrastos

as far away from each other as possible,

iespējami tālu vienu no otras,

the optimal shape is this.

optimālā forma ir šāda.

This is called a tetrahedron.

To sauc par tetraedru.

Now, depending on the different atoms involved,

Atkarībā no tā, kādi atomi ir iesaistīti,

you can actually get lots of different shapes.

mēs patiesībā varam iegūt daudz un dažādas formas.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

Amonjaks jeb NH3 ir piramīdas formā.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Oglekļa dioksīds jeb CO2 ir taisna līnija.

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

Ūdens, H2O, ir saliekts kā tavs elkonis.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Hlora trifluorīds jeb ClF3

is shaped like the letter T.

ir T burta formā.

Remember that what we've been doing here

Atceries, ka mēs paplašinām

is expanding on our model of atoms and electrons

mūsu atomu un elektronu modeli,

to build up to 3D shapes.

lai varētu izveidot 3D formas.

We'd have to do experiments

Mums būtu jāveic eksperimenti,

to figure out if these molecules

lai noskaidrotu, vai šīm molekulām

actually do have the shapes we predict.

patiesi ir mūsu prognozētās formas.

Spoiler alert:

Pateikšu priekšā:

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

lielākajai daļai ir, bet dažām tomēr arī nav.

Now, shapes get more complicated

Pieaugot atomu skaitam,

as you increase the number of atoms.

formas kļūst arvien sarežģītākas.

All the examples we just talked about

Visiem mūsu tikko minētajiem piemēriem

had one obviously central atom,

bija viens izteikti centrāls atoms,

but most molecules,

taču lielākajai daļai molekulu

from relatively small pharmaceuticals

— no salīdzinoši mazmolekulārām zālēm

all the way up to long polymers

līdz pat gariem polimēriem,

like DNA or proteins, don't.

piemēram, DNS vai olbaltumvielām — tā nav.

The key thing to remember

Galvenais atcerēties,

is that bonded atoms will arrange themselves

ka sasaistītie atomi izvietosies tā,

to maximize the attraction between opposite charges

lai palielinātu pievilkšanos starp pretējiem lādiņiem

and minimize the repulsion between like charges.

un samazinātu atgrūšanos starp līdzīgiem lādiņiem.

Some molecules even have two or more

Ir molekulas, kam ir divi vai pat vairāki

stable arrangements of atoms,

stabili atomu izvietojumi,

and we can actually get really cool chemistry

un, mainot šos izvietojumus,

from the switches between those configurations,

rodas patiešām kolosāla ķīmija,

even when the composition of that molecule,

pat ja šīs molekulas sastāvs,

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

proti, tās atomu skaits un identitāte,

has not changed at all.

nepavisam nav mainījusies.