Definicja cząsteczki i przykłady

Cząsteczkę można zdefiniować jako grupę dwóch lub więcej atomów połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc w ten sposób odrębne elektrycznie obojętne jednostki o stałym składzie, które tworzą najmniejsze możliwe jednostki zachowujące skład i właściwości czystej substancji chemicznej.

Cząsteczki mogą składać się z tej samej klasy atomów, tworząc w ten sposób gatunki homojądrowe odpowiadające różnym odmianom alotropowym pierwiastków chemicznych. Na przykład gazowy tlen jest alotropem tlenu składającym się z cząsteczek O ₂ (czyli cząsteczek składających się z dwóch atomów tlenu), podczas gdy cząsteczki ozonu (O ₃ ) składają się z trzech atomów tlenu i reprezentują inny naturalny alotrop tego pierwiastka. .

Cząsteczki mogą również składać się z atomów więcej niż jednego pierwiastka, co daje początek cząsteczkowym związkom chemicznym. Najprostszym przykładem jest woda, która składa się z cząsteczek H ₂ O, składających się z dwóch atomów wodoru związanych z jednym atomem tlenu.

Cząsteczki mogą mieć różne rozmiary, od bardzo małych, składających się z zaledwie dwóch atomów (najmniejszym ze wszystkich jest cząsteczka wodoru, H ₂ ) do bardzo dużych, składających się z tysięcy atomów (takich jak DNA, białka i polisacharydy).

Cząsteczki i związki jonowe

Chociaż zwykle reprezentujemy związki jonowe, takie jak sole i niektóre tlenki, o wzorach podobnych do tych, których używamy dla cząsteczek, bardzo ważne jest wyjaśnienie, że związki jonowe nie są ogólnie uważane za cząsteczki . Dzieje się tak dlatego, że kryształ związku jonowego, takiego jak chlorek sodu (NaCl lub zwykła sól kuchenna), nie składa się z oddzielnych jednostek, w których każdy jon (na przykład kation sodu) jest związany z pojedynczym przeciwjonem (na przykład anion chlorkowy), jak wydaje się sugerować jego wzór.

W przypadku wiązań jonowych przeciwnie naładowane jony są utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne, więc pojedynczy kation (jon naładowany dodatnio) w równym stopniu przyciąga wszystkie przeciwnie naładowane aniony wokół niego. To tak, jakby powiedzieć, że każdy kation jest jednocześnie związany ze wszystkimi otaczającymi go anionami w strukturze krystalicznej i jednocześnie każdy anion jest związany ze wszystkimi otaczającymi go kationami.

Z tego powodu kryształ jonowy może być właściwie postrzegany jako skupisko milionów jonów, wszystkie połączone ze sobą wiązaniami jonowymi, a nie jako odrębne, oddzielne cząstki utworzone z połączonych ze sobą grup atomów.

Dlaczego wiele osób nazywa sole cząsteczkami?

Zamieszanie może wynikać z bardzo powszechnego błędu polegającego na odwoływaniu się do wzorów, za pomocą których przedstawiamy związki jonowe (na przykład NaCl, KBr, NaNO ₃ ) jako do wzorów cząsteczkowych, podczas gdy w rzeczywistości są to wzory empiryczne.

To samo można powiedzieć o masach cząsteczkowych. Tylko związki i pierwiastki molekularne (złożone z cząsteczek) mają masę cząsteczkową. Błędem jest odwoływanie się do masy NaCl jako masy cząsteczkowej chlorku sodu (ponieważ NaCl nie jest cząsteczką). Zamiast tego należy go nazwać wagą formuły, ponieważ jest to nic innego jak dodana masa atomów we wzorze empirycznym.

Cząsteczki i ciała stałe o sieci kowalencyjnej

Na koniec należy również wyjaśnić, że nie wszystkie substancje, w których atomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi, są uważane za cząsteczki. Przykładem tego są kowalencyjne ciała stałe (lub kowalencyjne ciała stałe sieci). Substancje te składają się z dwuwymiarowych sieci (warstw) lub trójwymiarowych atomów połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi.

To samo dzieje się z ciałami stałymi sieci kowalencyjnej, jak z ciałami jonowymi: nie ma oddzielnej jednostki (innej niż pojedyncze atomy), która może reprezentować cząsteczkę. Z tego powodu substancje takie jak grafit i diament, które składają się z połączonych ze sobą sieci atomów węgla, nie są uważane za substancje molekularne.

rodzaje cząsteczek

Cząsteczki można klasyfikować na kilka sposobów w zależności od ich składu, wielkości i pochodzenia:

Rodzaje cząsteczek według ich składu

• Cząsteczki homojądrowe: to takie, które składają się z jednego rodzaju atomów lub, co jest tym samym, z atomów tego samego pierwiastka. Są to cząsteczki, z których wykonane są pierwiastki molekularne, takie jak cząsteczkowy wodór, tlen i azot.
• Cząsteczki heterojądrowe: są najliczniejsze i powstają w wyniku połączenia dwóch lub więcej rodzajów atomów. Oznacza to, że reprezentują one dyskretne jednostki związków molekularnych. Przykłady obejmują między innymi wodę (H2O ₎ , dwutlenek węgla (CO2 ₎ , metan (CH4 _{) .}

Rodzaje cząsteczek według ich wielkości

• Cząsteczki dwuatomowe: to cząsteczki utworzone tylko przez dwa atomy, niezależnie od tego, czy są one takie same, czy różne.
• Cząsteczki trójatomowe: to te utworzone przez trzy atomy, takie same lub różne od siebie, na przykład ozon, woda i dwutlenek węgla.
• Małe cząsteczki wieloatomowe: składają się z więcej niż 3 atomów. Nie ma ostrej granicy między małymi i dużymi cząsteczkami, ale większość prostych cząsteczek, takich jak glukoza (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), metan (CH ₄ ), a nawet większe kompleksy składające się z setek atomów, nadal uważa się za cząsteczki mało.
• Duże cząsteczki lub makrocząsteczki: Termin makrocząsteczka jest prawie zawsze zarezerwowany w odniesieniu do cząsteczek zawierających tysiące atomów, które również powstają w wyniku połączenia wielu mniejszych cząsteczek zwanych monomerami, jedna po drugiej. Tak jest w przypadku polimerów naturalnych i syntetycznych. Przykłady obejmują DNA, RNA i łańcuchy polipeptydowe białek.

Rodzaje cząsteczek według ich pochodzenia

• Cząsteczki organiczne: są to cząsteczki oparte na węglu, które mogą również zawierać między innymi wodór, tlen, azot, fosfor, halogeny i siarkę i które pochodzą od istot żywych, takie jak węglowodory, alkohole i związki aromatyczne.
• Cząsteczki nieorganiczne: są przeciwieństwem cząsteczek organicznych. Powstają w atmosferze, glebie i zbiornikach wodnych, ale bez udziału istot żywych.
• Biologicznie ważne cząsteczki: W cząsteczkach organicznych istnieje grupa cząsteczek, które są szczególnie ważne dla życia i procesów komórkowych. Cząsteczki te obejmują między innymi wodę, węglowodany, aminokwasy i białka, kwasy nukleinowe i lipidy.

Rodzaje cząsteczek ze względu na ich polarność

• Cząsteczki polarne: to te, które mają wypadkowy moment dipolowy, to znaczy mają wiązania polarne, których momenty dipolowe się nie znoszą.
• Cząsteczki niepolarne: Są to cząsteczki, które albo nie mają wiązań polarnych, albo momenty dipolowe wszystkich ich wiązań znoszą się nawzajem z powodu symetrii molekularnej.

Przykłady dużych i małych cząsteczek

ozon (O ₃ )

Ozon jest przykładem nieorganicznej homojądrowej, trójatomowej cząsteczki.

Bucky Ball lub fulleren (C ₆₀ )

_{C 60} fulleren jest jednym z molekularnych odmian alotropowych węgla. Składa się z cząsteczek o 60 atomach węgla, które tworzą kulę podobną do piłki nożnej, więc jest cząsteczką homojądrową.

Tetratlenek diazotu (N ₂ O ₄ )

Ten brązowy gaz składa się z cząsteczek N ₂ O ₄ , które są małymi heterojądrowymi cząsteczkami nieorganicznymi.

Aceton ((CH ₃ ) ₂ C=O)

Przykładem polarnej cząsteczki organicznej jest aceton .

Sacharoza (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ )

Węglowodan ten jest disacharydem (utworzonym przez dwie połączone ze sobą cząsteczki cukru) i stanowi cząsteczkę organiczną o znaczeniu biologicznym.

Globularna aktyna (G aktyna)

Aktyna kulista jest przykładem białka, czyli makrocząsteczki biologicznej, w tym przypadku utworzonej przez połączenie 374 aminokwasów, które tworzą strukturę kulistą.

Bibliografia

Brązowy, T. (2021). Chemia: nauka centralna. (11 wyd.). Londyn, Anglia: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.

Kwiaty, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K. i Langley, R. (2019). Chemia: Atomy Najpierw 2e . Pobrane z https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction