شیمی , علوم پایه 9489 بازدید

مولکول به کوچکترین واحدی از یک ماده می‌گویند که از دو یا چند اتم تشکیل شده باشد. به عبارت دیگر، کوچکترین واحد از یک ماده خالص که دارای ترکیب و خواص شیمیایی یکسان با آن ماده باشد، مولکول نام دارد.

فیلم آموزش مولکول چیست؟ — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

دانلود ویدیو

تقسیمِ نمونه‌ای از یک ماده به قطعات کوچکتر، تغییری در خواص شیمیایی آن صورت نمی‌دهد. این شرایط تا زمانی برقرار است که با تقسیم ماده و کوچکتر کردن آن، به مولکول آن ماده برسیم. بعد از این مرحله، کوچکتر کردن و تقسیم مولکول، ما را به موادی می‌رساند که دیگر خواص ماده قبل را ندارند. در این شرایط، پیوندهای شیمیایی نگهدارند‌ه اتم‌ها شکسته می‌شوند.

مولکول
مولکول کافئین

اتم‌ها از یک هسته با بار مثبت تشکیل شده‌اند که توسط ابری از الکترون‌ها با بار منفی احاطه شده‌اند. زمانی که اتم‌ها به یکدیگر نزدیک می‌شوند، ابرهای الکترونی با یکدیگر و با هسته شروع به فعالیت (برهم‌کنش) می‌کنند. اگر این برهم‌کنش‌ها باعث شوند تا سیستم به پایداری برسد و انرژی کلی آن کاهش بیابد، اتم‌ها با یکدیگر برای ساخت یک مولکول، پیوند تشکیل می‌دهند. بنابراین از نگاه ساختاری، مولکول‌ها مجموعه‌ای از اتم‌ها هستند که توسط نیرو‌هایی در کنار یکدیگر نگهداشته شده‌اند.

انواع مولکولها

به مولکولهایی که در آن‌ها دو اتم با یکدیگر پیوند تشکیل داده باشند، مولکول دواتمی می‌گویند. اگر این دو اتم مانند «مولکول اکسیژن» $$(O _ 2)$$ یکسان باشند، «مولکول دواتمی جورهسته» (Homonuclear Diatomic Molcule) را تشکیل می‌دهند اما اگر این دو اتم با یکدیگر متفاوت باشند – مانند مولکول مونو اکسید کربن $$(CO)$$ – به آن «مولکول دو اتمی ناجورهسته» (Heteronuclear Diatomic Molecule) می‌گویند.

مولکول‌هایی که بیش از دو اتم را شامل می‌شوند موسوم به «مولکول چند اتمی» (Poly Atomic Molecule) هستند. کربن دی‌اکسید $$(C O _ 2)$$ و آب $$(H _ 2 O )$$ را می‌توان به عنوان مولکول‌های چند اتمی در نظر گرفت. موادی نیز وجود دارند که متشکل از هزاران هزار اجزای اتمی هستند. به این مواد «پلیمر» (Polymer) می‌گویند.

مولکول
مدلی از یک پلیمر

نسبت اتم‌ها در مولکولها

تعداد اتم‌هایی که می‌توانند با یکدیگر پیوند تشکیل دهند، نسبت ثابتی دارند. به طور مثال، هر مولکول آب دارای دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن است. این خاصیت سبب می‌شود تا ترکیبات شیمیایی را از محلول‌ها و دیگر مخلوط‌ها تشخیص دهیم. به عبارت دیگر، هیدروژن و اکسیژن با هرنسبتی می‌توانند در یک مخلوط حضور داشته باشند اما تنها با نسبت‌های ثابتی برای تشکیل مولکول آب توانایی ترکیب با یکدیگر را دارند. علاوه بر این،‌ اتم‌های هر مولکول می‌توانند با نسبت‌های  مشخص دیگری با هم ترکیب شوند تا مولکول دیگری را بسازند. به طور مثال، دو اتم هیدروژن و دو اتم اکسیژن در ترکیب با یکدیگر مولکول «هیدروژن پراکسید» $$(H_ 2 O _ 2)$$ را تشکیل می‌دهند.

ایزومر

اتم‌ها می‌توانند با یک نسبت خاص با هم ترکیب شوند اما مولکول‌های متفاوتی را بسازند. به طور مثال «اتیل الکل» $$(CH_3 CH _ 2 OH)$$ و «متیل اتر» $$(CH_3 O CH _ 3 )$$، هر دو تعداد اتم‌های یکسان دارند اما این اتم‌ها در شکل‌های متفاوتی با یکدیگر پیوند تشکیل داده‌اند. به این نوع از مولکول‌ها «ایزومر» (Isomer) می‌گویند.

به ترتیب از چپ به راست: اتیل الکل (اتانول) و متیل اتر

واحد فرمولی

تمامی مواد از واحدهای مولکولی مشخصی تشکیل نشده‌اند. به طور مثال، سدیم کلرید (نمک طعام) از یون‌های سدیم و کلر بوجود آمده است اما این یون‌ها در یک شبکه طوری کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند که هر یون سدیم با ۶ یون کلر و هر یون کلر با ۶ یون سدیم احاطه شده است.

نیروهای بین هر سدیم و کلر مجاور آن برابر هستند. در نتیجه هیچ تعریف مشخص و کاملی برای مولکول سدیم کلرید موجود نیست. به همین شکل برای تمام جامداتی مانند سدیم کلرید، مفهوم مولکول شیمیایی واضح نیست. بنابراین فرمول این ترکیبات به صورت نسبت‌هایی ساده از اتم‌های آنها خواهد بود که به آن «واحد فرمولی» (Formula Unit) می‌گویند. واحد فرمولی سدیم کلرید $$NaCl$$ است.

ساختار مولکول

مولکول‌ها به کمک الکترون‌های اشتراکی در کنار یکدیگر قرارگرفته‌اند. به این نوع از پیوندها که مولکول‌ها را در کنار یکدیگر نگهداشته‌‌اند، «پیوند کووالانسی» (Covalent Bond) می‌گویند. این نوع از پیوند‌ها «جهت‌دار» (Directional) هستند. به این معنی که هر اتم موقعیت مشخصی را نسبت به اتم دیگر کسب می‌کند تا قدرت پیوند در حالت بیشینه قرار داشته باشد. در نتیجه مولکول‌ها دارای ساختاری مشخص و محکم همراه با توزیع فضایی هستند.

خواص مولکول‌ها با ساختار آنها مرتبط است. به طور مثال،‌ مولکول آب ساختاری خمیده و «ممان دوقطبی» (Dipole Moment) دارد درحالیکه مولکول دی‌اکسید کربن به صورت خطی است و ممان دوقطبی ندارد.

مولکول
ساختار آب و دی‌اکسید کربن

برخی از مولکول‌ها ساختار ثابتی ندارند. به طور مثال، در مولکول «اتان» $$(H_3CCH_3)$$، پیوند یگانه کربن-کربن دارای یک «چرخش آزاد» (Free Rotation) است. به کمک «پراش نوترون» و همچنین «طیف‌سنجی لرزشی مایکروویو» (Microwave Vibration Rotation Spectra) می‌توان موقعیت هسته در مولکول را تعیین کرد.

مطالعه ابر الکترونی اطراف هسته در یک مولکول نیز به کمک اشعه ایکس انجام می‌شود. علاوه بر این به کمک «رزونانس مغناطیس هسته» (Nuclear Magnetic Rosinance) یا «رزونانس اسپین» (Spin Resonance) می‌توان اطلاعات بیشتری در خصوص مولکول‌ها بدست آورد. به طور نظری، ساختار مولکول به کمک حل معادله مکانیک کوانتومی برای حرکت الکترون‌ها در میدان هسته تعیین می‌شود که به آن «معادله شرودینگر» می‌گویند.

مولکول
نمایش چرخش آزاد در پیوند یگانه کربن

در یک ساختار مولکولی طول پیوند و زاویه بین پیوندی به گونه‌ای است که انرژی مولکول در پایین‌ترین حالت خود باشد. تعیین این ساختار به کمک حل عددی (Numerical Solution) معادله شرودینگر، فرآیندی است که توسعه آن به کامپیوترها و ابرکامپیوترها نیاز دارد. وزن مولکولی یک مولکول، مجموع وزن‌های اتمی اجزای سازنده آن است. اگر ماده‌ای با وزن مولکولی M داشته باشیم، در نتیجه M گرم از یک ماده را برابر با یک مول در نظر می‌گیریم. البته محاسبات مربوط به وزن و جرم مولکولی و حتی عدد آووگادرو را می‌توانید در مقاله «جرم مولی — به زبان ساده» مطالعه کنید. جرم مولکولی به کمک طیف‌سنجی جرمی و تکنیک‌های مبتنی بر پدیده‌های ترمودینامیک و سینتیک انتقال تعیین می‌شود.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده‌ است،‌ آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

سهیل بحر کاظمی (+)

«سهیل بحرکاظمی» فارغ‌التحصیل رشته مهندسی نفت، گرایش مهندسی مخازن هیدروکربوری از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و در زمینه‌ متون شیمی به تولید محتوا می‌پردازد.

بر اساس رای 7 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *