Атоми, молекули

Молекула (новолат. molecula, зменшувальне від лат. Moles - маса) - електрично нейтральна частинка, що складається з двох або більше пов'язаних ковалентними зв'язками атомів , найменша частка хімічної речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями .Зазвичай мається на увазі, що молекули нейтральні (не несуть електричних зарядів) і не несуть неспарених електронів (всі валентності насичені); заряджені молекули називають іонами, молекули з Мультиплетність, відмінною від одиниці (тобто з неспареними електронами і ненасиченими валентностями) - радикалами.Молекули щодо високої молекулярної маси, що складаються з повторюваних низькомолекулярних фрагментів, називаються макромолекулами.Особливості будови молекул визначають фізичні властивості речовини, що складається з цих молекул.До речовин, що зберігають молекулярну структуру в твердому стані, відносяться, наприклад, вода, оксид вуглецю (IV), багато органічних речовин. Вони характеризуються низькими температурами плавлення і кипіння. Більшість же твердих (кристалічних) неорганічних речовин складаються не з молекул, а з інших часток (іонів, атомів) і існують у вигляді макротіл (кристал хлориду натрію, шматок міді.

У класичній теорії хімічної будови молекула розглядається як найменша стабільна частка речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями.Молекула даної речовини має постійний склад, тобто однакову кількість атомів, об'єднаних головними взаємодіями - хімічними зв'язками, при цьому хімічна індивідуальність молекули визначається саме сукупністю і конфігурацією хімічних зв'язків, тобто валентними взаємодіями між які входять у її склад атомами, що забезпечують її стабільність і основні властивості в досить широкому діапазоні зовнішніх умов. Невалентних взаємодії (наприклад, водневі зв'язку), які найчастіше можуть істотно впливати на властивості молекул і речовини, утвореного ними, в якості критерію індивідуальності молекули не враховуються.Центральним положенням класичної теорії є положення про хімічний зв'язок, при цьому допускається наявність не тільки двухцентрових зв'язків, які об'єднують пари атомів, а й наявність багатоцентрових (зазвичай трехцентрових, іноді - четирехцентрових) зв'язків з «мостіковимі» атомами - як, наприклад, місткових атомів водню в боранів, природа хімічного зв'язку в класичній теорії не розглядається - враховуються лише такі інтегральні характеристики, як валентні кути, діедральние кути (кути між площинами, утвореними трійками ядер), довжини зв'язків і їх енергії.Таким чином, молекула в класичній теорії представляється динамічною системою, в якій атоми розглядаються як матеріальні точки і в якій атоми і пов'язані групи атомів можуть здійснювати механічні обертальні і коливальні рухи щодо деякої рівноважної ядерної конфігурації, яка відповідає мінімуму енергії молекули і розглядається як система гармонійних осциляторів.

Молекули складаються з атомів, розташування яких в молекулі передає структурна формула (для передачі складу використовується т. зв. Брутто-формула). Молекули білків і деяких штучно синтезованих сполук можуть містити сотні тисяч атомів. Окремо розглядаються макромолекули полімерів. Молекули є об'єктом вивчення теорії будови молекул, квантової хімії, апарат яких активно використовує досягнення квантової фізики, в тому числі релятивістських її розділів. Також в даний час розвивається така область хімії, як молекулярний дизайн. Для визначення будови молекул конкретного речовини сучасна наука має колосальним набором засобів: електронна спектроскопія, коливальна спектроскопія, ядерний магнітний резонанс і електронний парамагнітний резонанс і багато інших, але єдиними прямими методами в даний час є дифракційні методи, як то: рентгеноструктурний аналіз і дифракція нейтронів.

Атом - найменша хімічно неподільна частина хімічного елемента, яка є носієм його властивостей. Атом складається з атомного ядра і електронів. Ядро атома складається з позитивно заряджених протонів і незаряджених нейтронів. Якщо число протонів в ядрі збігається з числом електронів, то атом в цілому виявляється електрично нейтральним. В іншому випадку він має деяким позитивним або негативним зарядом і називається іоном. Атоми класифікуються за кількістю протонів і нейтронів в ядрі: кількість протонів визначає приналежність атома деякого хімічному елементу, а число нейтронів - ізотопу цього елемента. Атоми різного виду в різних кількостях, пов'язані міжатомними зв'язками, утворюють молекули.Кусочки материи. Демокрит полагал, что свойства того или иного вещества определяются формой, массой, и пр. характеристиками образующих его атомов. Так, скажем, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать, у твёрдых тел они шероховаты, поэтому накрепко сцепляются друг с другом, у воды — гладки, поэтому она способна течь. Дажедуша человека, согласно Демокриту, состоит из атомов^[2].Модель атома Томсона (модель «Пудинг с изюмом», англ. Plum pudding model). Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.Ранняя планетарная модель атома Нагаоки. В 1904 году японский физик Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн. В этой модели вокруг маленького положительного ядра по орбитам вращались электроны, объединённые в кольца. Модель оказалась ошибочной.Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году^[3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.