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Molekül

Molekül

Definition des Moleküls in der Chemie: Ein Molekül ist eine elektrisch neutrale Einheit, die sich aus zwei oder mehr Atomen desselben Elements oder verschiedener Elemente zusammensetzt, die durch eine kovalente chemische Bindung verbunden sind.

In der organischen und biochemischen Chemie bezeichnet der Begriff Molekül manchmal auch mehratomige Ionen, während er in der kinetischen Theorie der Gase häufig für jedes gasförmige Teilchen verwendet wird, unabhängig von seiner Zusammensetzung: bei dieser Definition sogar für die einzelnen Atome der Familie von Edelgasen können Moleküle betrachtet werden.

Ein Molekül kann aus mehreren Atomen eines einzelnen chemischen Elements oder Atomen verschiedener Elemente bestehen. Die Familien von Molekülen, die aus denselben Atomen bestehen, die unterschiedlich im Raum angeordnet sind, werden als Isomere bezeichnet, und die Anordnung beeinflusst die physikalischen Eigenschaften der Substanz.

Arten von Molekülen

Moleküle können auf zwei verschiedene Arten gebildet werden:

  • Diskrete Moleküle: Moleküle können durch eine genau definierte Anzahl von Atomen (normalerweise eine kleine Anzahl) gebildet werden. Die Einheiten, die in diesem Fall konstituieren, werden diskrete Moleküle genannt. Diese Moleküle liegen üblicherweise sowohl im gasförmigen als auch im kondensierten Zustand vor. Ein Beispiel für diskrete Moleküle sind Wasserstoff- oder Glucosemoleküle.
  • Riesenmoleküle. In diesem zweiten Fall können die Moleküle durch Aggregate von Atomen oder Ionen gebildet werden, die nur im kondensierten Zustand existieren. Diese Strukturen erstrecken sich auf unbestimmte Zeit im Raum. In diesem Fall unterscheiden wir drei Untergruppen: Wenn sie in eine Richtung genannt werden, die sogenannten unendlichen Ketten, wenn sie sich in zwei Richtungen erstrecken, nennen wir sie unendliche Ketten), wenn sie sich in drei Richtungen erstrecken, nennen wir sie unendliche dreidimensionale Strukturen. In letzteren Fällen nennt man die Moleküle Riesenmoleküle. Als Beispiele für Riesenmoleküle haben wir einen Ionenkristall, eine Salzschmelze, einen Feststoff oder eine Metallschmelze, einen kovalenten Feststoff (wie Diamant oder Kieselsäure,

Die festen molekularen Finger (bestehend aus Kristallen, in denen die Moleküle die Knoten des Retikulums einnehmen) und die molekularen Flüssigkeiten, normal oder assoziiert, sind Aggregate diskreter Moleküle. Bei diesen Arten von Strukturen sind die Kräfte, die den Zusammenhalt zwischen den Molekülen aufrechterhalten (Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrücken), viel schwächer als die Valenzkräfte, die die Atome im Inneren des Moleküls binden. Folglich sind die intermolekularen Abstände deutlich höher als die intramolekularen.

Was sind Makromoleküle?

Makromoleküle sind riesige Moleküle, bei denen die Bindungen zwischen Atomen kovalent sind.

Diskrete Moleküle können auch Makromoleküle sein. Diskrete Moleküle können in diesem Fall nur dann Makromoleküle im kondensierten Zustand sein, wenn sie aus einer sehr großen Anzahl von Atomen bestehen. Diskrete Makromoleküle können auch geordnet gruppiert werden und Kristalle bilden.

Molekülbewegung

Bei Gasen werden die Moleküle bei Raumtemperatur mit schnellen Translations- und Rotationsbewegungen animiert. Bei molekularen Festkörpern und Flüssigkeiten kommt es meist zu Schwankungen um Gleichgewichtspositionen.

Die Atome, aus denen die Moleküle bestehen, befinden sich an geometrisch definierten Positionen, obwohl es innerhalb der Moleküle vibrierende Bewegungen gibt. Auf diese Weise werden diskrete Moleküle geformt und Sie können über Entfernungen und Verbindungswinkel sprechen. Diese Abstände und diese Winkel sind jedoch nicht absolut festgelegt.

Molekülenergie

Die kinetische Energie (Rotation, Vibration) und die elektronische Energie der Moleküle können quantifiziert werden. Durch Energieaustausch mit elektromagnetischer Strahlung entstehen Molekülspektren. Die Gesamtenergie der Moleküle hängt von der Temperatur ab (insbesondere von der Energie der Schwingungsbewegungen der Atome im Inneren). Bei ausreichend hohen Temperaturen werden die Schwingungen so, dass sich die Moleküle in die Atome auflösen, aus denen sie bestehen.

Obwohl die Moleküle elektrisch neutral sind, bestehen die Moleküle aus Atomen (Elektronen, Protonen und Neutronen), dh geladenen Teilchen. Wir nennen unpolare Moleküle, wenn die Verteilung der elektrischen Ladungen symmetrisch ist. Bei Krebs nennen wir polare Moleküle, wenn sie asymmetrisch sind.

Eigenschaften und Modelle von Molekülen

Die Anzahl der entdeckten chemischen Elemente beträgt 116. Es gibt jedoch zwei Millionen identifizierte Chemikalien. Aus diesem Grund ist es wichtig, zusätzlich zur Molekülgeometrie die charakteristischen Parameter der Moleküle wie die Energie ihrer Bindungen, ihre Längen, ihre Winkel und das dielektrische Moment zu definieren.

Lewis-Modell

Die Bildung von Molekülen kann mit einer Reihe von Modellen veranschaulicht werden. Das älteste ist das Lewis-Modell, das die Bildung molekularer Bindungen durch die Notwendigkeit erklärt, für jedes Atom eine elektronische Edelgaskonfiguration zu erhalten. Dies ist die Oktettregel, die nicht immer erfüllt ist.

Molekülmodell der Valenzbindung

Das aktuellste Valenzbindungsmodell berücksichtigt die Überlappung (axial oder lateral) der Atomorbitale verschiedener Atome. Ergänzt wird diese Theorie durch die Einführung der Orbitalhybridisierung, mit der die räumlichen Konfigurationen von Molekülen erklärt werden können.

Modell von Molekülorbitalen

Ein drittes Modell sind die Molekülorbitale. Nach diesem Modell verbinden sich die Atomorbitale zu Molekülorbitalen. Molekülorbitale teilen sich die beiden Atome, die die Bindungen bilden. Die Elektronen, die sich in den Molekülorbitalen befinden, gehören stattdessen zu den Kernen beider Atome.

Derzeit konzentriert sich die Molekularforschung zunehmend auf komplexe Moleküle (zum Beispiel biologische Moleküle) und Makromoleküle (zum Beispiel Polymere).

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Geändert am: 9. Februar 2020