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

Jaki kształt ma cząsteczka? - George Zaidan i Charles Morton

Tłumaczenie: Mateusz Radziwonowicz Korekta: Rysia Wand

What is the shape of a molecule?

Jaki kształt ma cząsteczka?

Well, a molecule is mostly empty space.

Cząsteczka to głównie pusta przestrzeń.

Almost all of its mass is concentrated

Prawie cała jej masa jest skupiona

in the extremely dense nuclei of its atoms.

w bardzo gęstym jądrze atomów.

And its electrons,

Elektrony, które określają rodzaj połączeń

which determine how the atoms

are bonded to each other,

między atomami,

are more like clouds of negative charge

bardziej przypominają chmury ujemnego ładunku

than individual, discrete particles.

niż pojedyncze, odrębne elementy.

So, a molecule doesn't have a shape

Cząsteczka nie ma kształtu,

in the same way that, for example,

w takim znaczeniu, jak na przykład

a statue has a shape.

rzeźba, która ma kształt.

Dla każdej cząsteczki

But for every molecule,

there's at least one way

jest co najmniej jeden sposób

to arrange the nuclei and electrons

ułożenia jądra i elektronów,

so as to maximize the attraction

by przyciąganie przeciwnych ładunków

of opposite charges

było jak największe,

and minimize the repulsion

zaś odpychanie takich samych ładunków

of like charges.

było jak najmniejsze.

Now, let's assume that the only electrons

Załóżmy, że jedynymi elektronami

that matter to a molecule's shape

mającymi wpływ na kształt cząsteczki

are the outermost ones from each participating atom.

są te znajdujące się na zewnątrz atomu uczestniczącego w wiązaniu.

And let's also assume

Załóżmy też,

that the electron clouds in between atoms,

że chmury elektronowe pomiędzy atomami,

in other words, a molecule's bonds,

zwane inaczej wiązaniami cząsteczkowymi,

are shaped kind of like sausages.

mają kształt podobny do kiełbasy.

Remember that nuclei are positively charged

Pamiętajcie, że jądro ma ładunek dodatni,

and electrons are negatively charged,

a elektrony ładunek ujemny,

and if all of a molecule's nuclei

więc jeśli wszystkie jądra cząsteczki

were bunched up together

or all of its electrons were bunched up together,

byłyby zgrupowane

lub gdyby wszystkie elektrony były zgrupowane,

they would just repel each other and fly apart,

po prostu by się odpychały i odleciały,

and that doesn't help anyone.

a to nie byłoby dobre dla nikogo.

In 1776, Alessandro Volta,

W 1776 roku Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

na długo zanim wynalazł baterie,

discovered methane.

odkrył metan.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

Obecnie wzór chemiczny metanu to CH4.

And this formula tells us

Ten wzór mówi nam,

that every molecule of methane

że każda cząsteczka metanu

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

złożona jest z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru,

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

jednak nie mówi nam, co się z czym łączy

or how they atoms are arranged in 3D space.

lub jak atomy są ustawione w trójwymiarze.

From their electron configurations,

Z ich konfiguracji elektronowej wiemy,

we know that carbon can bond

że węgiel może wiązać

with up to four other atoms

do czterech innych atomów,

and that each hydrogen can only bond

zaś wodór może wiązać

with one other atom.

tylko jeden inny atom.

So, we can guess

Możemy więc zgadywać,

that the carbon should be the central atom

że atom węgla powinien być w centrum,

bonded to all the hydrogens.

połączony z wszystkimi wodorami.

Now, each bond represents

Każde wiązanie przedstawia

the sharing of two electrons

uwspólnienie dwóch elektronów,

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

każdą wspólną parę elektronów rysujemy jako linię.

So, now we have a flat representation

Mamy więc płaską wizualizację cząsteczki

of this molecule,

but how would it look in three dimensions?

ale jak będzie wyglądać w trzech wymiarach?

We can reasonably say

Możemy rozsądnie założyć,

that because each of these bonds

że ponieważ każde z tych wiązań

is a region of negative electric charge

to miejsce negatywnego ładunku elektrycznego,

and like charges repel each other,

a te same ładunki się odpychają,

the most favorable configuration of atoms

najbardziej preferowana konfiguracja atomów

would maximize the distance between bonds.

zwiększyłaby dystans między wiązaniami do maksimum.

And to get all the bonds

Aby uzyskać wszystkie wiązania

as far away from each other as possible,

możliwie jak najdalej od siebie,

the optimal shape is this.

najbardziej optymalnym kształtem jest to.

This is called a tetrahedron.

Ta struktura to czworościan.

Now, depending on the different atoms involved,

Zależnie od rodzaju atomów

you can actually get lots of different shapes.

można uzyskiwać wiele rożnych kształtów.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

Amoniak, inaczej NH3, przypomina piramidę.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Dwutlenek węgla, inaczej CO2, tworzy prostą linię.

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

Woda, H2O, jest zgięta jak łokieć.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Z kolei trifluorek chloru, inaczej CIF3,

is shaped like the letter T.

ma kształt litery T.

Remember that what we've been doing here

Pamiętajcie, że rozciągamy tutaj

is expanding on our model of atoms and electrons

nasz model atomów i elektronów

to build up to 3D shapes.

do trójwymiarowych kształtów.

We'd have to do experiments

Trzeba eksperymentować,

to figure out if these molecules

by stwierdzić, czy te cząsteczki

actually do have the shapes we predict.

rzeczywiście mają przewidziany kształt.

Spoiler alert:

Podpowiedź:

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

część z nich ma, część jednak nie.

Now, shapes get more complicated

Kształty coraz bardziej się komplikują,

as you increase the number of atoms.

gdy zwiększa się liczba atomów.

All the examples we just talked about

Wszystkie wymienione przykłady

had one obviously central atom,

mają tylko jeden centralny atom,

jednak większość cząsteczek,

but most molecules,

from relatively small pharmaceuticals

od stosunkowo małych leków

all the way up to long polymers

aż do długich polimerów,

like DNA or proteins, don't.

takich jak DNA czy białka, nie.

The key thing to remember

Trzeba zapamiętać,

is that bonded atoms will arrange themselves

że związane atomy ułożą się tak,

to maximize the attraction between opposite charges

żeby zmaksymalizować przyciąganie przeciwnych ładunków

and minimize the repulsion between like charges.

i zminimalizować odpychanie takich samych ładunków.

Some molecules even have two or more

Niektóre cząsteczki mają dwa lub więcej

stable arrangements of atoms,

stabilnych ułożeń atomów,

and we can actually get really cool chemistry

więc można zabawić się chemią,

from the switches between those configurations,

przełączając między konfiguracjami,

even when the composition of that molecule,

nawet jeśli skład cząsteczki,

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

czyli liczba i rodzaj jej atomów,

has not changed at all.

w ogóle się nie zmienia.