What is The Shape of a Molecule? - George zaidan and charles morton

Che forma ha una molecola? Beh, una molecola è per lo più spazio vuoto. Quasi tutta la sua *** è concentrata nei nuclei estremamente densi dei suoi atomi. E i suoi elettroni, che determinano come gli atomi sono legati gli uni agli altri, sono più come nubi di carica negativa piuttosto che particelle individuali e distinte. Una molecola non ha quindi una forma nello stesso modo in cui, ad esempio, una statua ha una sua forma. Ma per ogni molecola c'è almeno un modo di sistemare i nuclei e gli elettroni in modo da massimizzare l'attrazione di cariche opposte e ridurre al minimo la repulsione di cariche uguali. Ora, diamo per scontato che i soli elettroni importanti per la forma della molecola siano quelli più lontani da ciascun atomo partecipante. E diamo anche per scontato che le nubi di elettroni tra gli atomi, in altre parole, i legami di una molecola, abbiano una forma simile a salsicce. Ricordate che i nuclei hanno carica positiva, mentre gli elettroni ne hanno una negativa, e se tutti i nuclei di una molecola fossero ammassati insieme o tutti i suoi elettroni fossero ammassati insieme si respingerebbero a vicenda e volerebbero via, e questo non aiuta nessuno. Nel 1776, Alessandro Volta, decenni prima che inventasse le batterie, scoprì il metano. La formula chimica del metano è CH4. E questa formula ci dice che ogni molecola di metano è composta da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno, ma non ci dice cosa è legato a cosa o come gli atomi si dispongono nello spazio tridimensionale. Dalle loro configurazioni elettroniche sappiamo che il carbonio può legarsi con un massimo di quattro altri atomi e che ciascun idrogeno può legarsi ad un unico altro atomo. Possiamo quindi supporre che il carbonio dovrebbe essere l'atomo centrale legato a tutti gli idrogeni. Ora, ciascun legame rappresenta la condivisione di due elettroni e rappresentiamo ciascuna coppia di elettroni come una linea. Dunque, ora abbiamo una rappresentazione piatta di questa molecola. Ma come sarebbe il suo aspetto tridimensionale? Possiamo affermare con ragionevolezza che dato che ciascuno di questi legami è un'area di carica elettrica negativa e le cariche simili si respingono a vicenda, la configurazione degli atomi più favorevole massimizzerebbe la distanza tra i legami. E per avere tutti i legami il più lontano possibile gli uni dagli altri, la forma ottimale è questa. Viene chiamato tetraedro. Ora, in base ai differenti atomi coinvolti, potete in realtà ottenere un sacco di forme differenti. L'ammoniaca, NH3, ha una forma simile a una piramide. Il diossido di carbonio, CO2, è una linea dritta. L'acqua, H2O, è una molecola piegata come farebbe il vostro gomito. E il trifluoruro di cloro, o ClF3, ha una forma simile alla lettera T. Ricordatevi che quello che abbiamo fatto finora qui è ampliare il nostro modello di atomi ed elettroni per sviluppare forme tridimensionali. Dovremmo fare esperimenti per capire se queste molecole realmente hanno le forme che noi prediciamo. Attenzione a questa notizia che potrebbe rovinare la sorpresa: la maggioranza lo fa, ma alcune no. Le forme diventano più complicate quando aumentate il numero di atomi. Tutti gli esempi di cui abbiano appena parlato avevano ovviamente un atomo centrale, ma la maggioranza delle molecole, da quelle relativamente piccole farmaceutiche fino a giungere ai lunghi polimeri come il DNA o le proteine non li hanno. L'elemento chiave da ricordare è che gli atomi legati si sistemeranno per massimizzare l'attrazione tra le cariche opposte e minimizzare la repulsione tra le cariche uguali. Alcune molecole hanno addirittura due o più sistemazioni stabili di atomi, e possiamo fare della chimica favolosa da questi cambi tra quelle configurazioni, anche quando la composizione di quella molecola, ossia il numero e l'identità dei suoi atomi, non cambia affatto.