molekulė

molèkulė (lot. molecula < moles – masė), mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines tos medžiagos chemines savybes.

Sandara ir savybės

acetilsalicilo rūgšties (aspirino) molekulės erdvinė sandara (juodi – anglies, balti – vandenilio, raudoni – deguonies atomai)

Molekulė susideda iš to paties arba skirtingų cheminių elementų atomų ir egzistuoja kaip vientisa atomo branduolių ir elektronų sistema. Elektriškai neutrali. Jei molekulė įgyja arba netenka elektronų, tampa jonu, jei turi nesuporuotųjų elektronų – laisvuoju radikalu. Atomai molekulėje susijungę cheminiu ryšiu, jam susidarant dalyvauja tik valentiniai atomo elektronai. Cheminio ryšio patvarumą apibūdina cheminio ryšio energija, kurios vertė kelios dešimtys kJ/mol ir daugiau. Paprasčiausios molekulės yra sudarytos iš 2 skirtingų, pvz., vandens H₂O, anglies monoksido CO, arba vienodų, pvz., dviatomės vandenilio H₂, deguonies O₂ molekulės, atomų. Fulereno C₆₀ molekulė susideda iš 60 anglies atomų, baltymų ir nukleorūgščių molekulė – iš šimtų ir tūkstančių atomų. Molekulės, kuriose yra daugiau kaip 1000 atomų, vadinamos makromolekulėmis, pvz., baltymo molekulę sudaro apie 10 mln. atomų.

Molekulės savybės labiausiai išryškėja dujinės fazės medžiagoje, nes dujų molekulių sąveikos energija yra mažesnė už vidinę ir kinetinę energiją. Pereinant medžiagai iš vienos fazės į kitą gali keistis molekulės sandara, pvz., dujinį azoto pentoksidą N₂O₅ sudaro pavienės molekulės, kristalinį – ${\text{NO}}_2^{\text{+}}$ ir ${\text{NO}}_3^{–}$ jonai, sudarantys joninę gardelę. Molekulės būna linijinės, pvz., anglies dioksido CO₂, vandenilio cianido HCN, piramidės, pvz., amoniako NH₃, tetraedro, pvz., metano CH₄, titano tetrachlorido TiCl₄, pavidalo. Makromolekulės (pvz., baltymų) yra sudėtingos erdvinės sandaros. Molekulės kiekybinę sudėtį (atomų skaičių, rūšį) rodo empirinė cheminė formulė, pvz., formule C₂H₆O užrašoma ir etanolio (C₂H₅OH), ir dietileterio (CH₃OCH₃) molekule. Molekulės molekulinė masė lygi ją sudarančių atomų masių sumai ir reiškiama atominiais masės vienetais (a.m.v.). Yra polinės molekulės (turi nuolatinį dipolinį momentą, t. y. jos teigiamojo ir neigiamojo krūvio centrai nesutampa) ir nepolinės (nuolatinio dipolinio momento neturi); išoriniame elektriniame lauke nepolinių dielektrikų (pvz., H₂, N₂, CCl₄ ir kitų) molekulės poliarizuojasi (įgyja sukeltąjį dipolinį momentą). Vienas svarbiausių molekulių parametrų yra santykinė molekulinė masė. Molekulė yra kvantinė sistema ir ji gali įgyti tik tam tikrą kvantuotosios energijos vertę. Molekulės vidinė energija apytiksliai lygi ją sudarančių atomų elektronų kinetinės energijos, elektronų ir branduolių sąveikos potencinės energijos, atomų branduolių virpesių ir molekulės sukimosi energijų sumai.

Fizikinės ir cheminės molekulės savybės priklauso nuo molekulės simetrijos, pvz., molekulės, turinčios inversijos centrą, neturi nuolatinio dipolinio momento, iš molekulių, neturinčių nei simetrijos plokštumos, nei simetrijos centro, susideda optiškai aktyvios medžiagos. Medžiagos chemines savybes iš dalies galima numatyti žinant molekulių sudėtį ir sandarą, pvz., organinių junginių chemines savybes lemia molekulių sandaros būdingieji elementai – funkcinės grupės. Medžiagos fizikinės savybės priklauso nuo molekules siejančių ryšių pobūdžio ir molekulių išsidėstymo medžiagoje. Molekulės buvimą rodo Browno judesiai, difuzija, rentgeno spindulių difrakcija ir kita. Molekulės sandara tiriama fizikiniais metodais – masių spektrometrija, rentgenostruktūrine analize, elektronografija, magnetiniu branduoliniu rezonansu.

vandens molekulės, susijungusios kovalentiniu poliniu ryšiu

Istorija

metalinė Atomium konstrukcija Briuselyje, vaizduojanti 165 mlrd. kartų padidintą geležies kristalo molekulę

Hipotezę, kad molekulė yra mažiausia medžiagos dalelė, 1811 iškėlė A. Avogadro, bet ilgą laiką chemikai atomo ir molekulės sąvokas painiojo. Tik po S. Cannizzaro pranešimo 1860 Tarptautiniame chemikų kongrese (Karlsruhėje) buvo atskirtos atomo ir molekulės sąvokos. Ištyręs Browno judesius, pirmąjį įrodymą, kad egzistuoja molekulė, 1906 pateikė J.-B. Perrinas. Molekulės sandara pradėta tirti 19 a. viduryje. Remiantis valentingumo teorija bandyta paaiškinti atomų jungimosi tvarką molekulėje (F. A. Kekulé von Stradonitzas ir Archibaldas Scottas Couperis, Škotija). 19 a. viduryje A. Butlerovas paskelbė organinių junginių molekulės sandaros dėsnius. F. A. Kekulé von Stradonitzas iškėlė aromatinių junginių molekulių sandaros hipotezę. 1874 J. H. van’t Hoffas ir Josephas Achilleʼas Le Belis (Prancūzija) suformulavo molekulės erdvinės sandaros dėsnius, 1893 A. Werneris sukūrė koordinacinę kompleksinių junginių sandaros teoriją.

Visos iki 19 a. sukurtos teorijos, aiškinančios molekulės sandarą, dažniausiai tiko tik vienai kuriai junginių grupei. Molekulės elektroninės sandaros teorija sukurta 20 a. 2–3 dešimtmetyje, išaiškinus atomo sandarą ir cheminio ryšio prigimtį.

2591