Молекула
(
лат.
moles
? масса) ? белг?л? б?р затты? нег?зг?
химиялы? ?асиеттер?н
са?тайтын е? к?ш? б?лшег?. Молекулада?ы
атомдар
?зара белг?л? б?р т?рт?ппен байланысып, ке??ст?кте де белг?л? т?рт?ппен орналасады
[1]
.
Молекула ??ымы ?ылым?а
1860 ж.
енг?з?лген. Молекуланы т?ж?рибе ж?з?нде
1906 ж.
француз ?алымы
Жан Перрен
броунды? ?оз?алысты зерттеу кез?нде д?лелдеген. Молекула ??рамында б?р (
инертт? газдар
), ек? (H
2
, O
2
, N
2
, CO, т.б.), ?ш (O
3
, N
2
O), сондай-а? ж?здеген, мы?да?ан, т?пт? одан да к?п атомдар (
полимер
, а?уыз, т.б.) болады.
Халы?аралы? Карлсруэ Конгрес?нде 1860 жылы молекулалар мен атомдар аны?тамалары ?абылданды. Молекулаларды? химиялы? ?асиеттер? бар барлы? химиялы? заттар, е? аз б?лшектер рет?нде аны?талды.
Затты? химиялы? ??рылымыны? классикалы? теориясы
[
??деу
?|
?айнарын ??деу
]
Молекулалары б?р атомнан т?ратын заттар ?ш?н (мысалы, инертт? газдар) молекула ??ымы мен
атом
??ымы с?йкес келед?.
Молекула ??рамы
брутто-формула
(Н
2
O, CH
4
, HNO
3
) ар?ылы к?рсет?лед?. Органикалы? ?осылыстарды? классикалы? ??рылыс теориясы молекуланы? ??рылысын атомдар арасында?ы т?збект? ж?не байланыс т?рт?б?н к?рсетет?н ??рылымды? формуламен ?рнектеуге м?мк?нд?к берд?. Эмпирикалы? формулалары б?рдей молекулаларды? ??рылысы ?р т?рл? ж?не т?рл? ?асиеттерге ие болуы м?мк?н. Молекуланы? к?птеген ?асиеттер? оны? симметриясына т?келей байланысты болады. Молекула энергиясы онда?ан ж?не ж?здеген кДж/мольмен есептелет?н кванттал?ан ??раушылардан ? электрон ?оз?алысыны? энергиясынан, атом ядроларыны? тербелмел? ?оз?алысыны?, сондай-а? б?т?ндей молекуланы? ке??ст?кте ?лгер?лемел? ж?не айналмалы ?оз?алысыны? энергияларынан ??ралады. ?андай да б?р электронды? к?йдег? молекуланы? орны?тылы?ы ядроларды? тербелмел? ?оз?алысыны? потенциалды? энергиясы минимумыны? болуына байланысты аны?талады.
Затты? ??рылымыны? квантты-химиялы? теориясы
[
??деу
?|
?айнарын ??деу
]
Молекула ? электрбейтарап ж?йе. Егер молекулада о? ж?не тер?с зарядтарды? ≪ауырлы? центр?≫ с?йкес келмесе, онда молекула полюст? ж?не оларды? менш?кт? электрл?к дипольд?к момент? болады. Молекула сырт?ы электр ?р?с?нде дипольд?к моментке ие болу ?асиет?мен сипатталады. Молекулаларды? басым к?пш?л?г? диамагнитт?, я?ни т?ра?ты магнитт?к момент? болмайды; оларды? магнитт?к ал?ырлы?ы тер?с. Парамагнитт? молекула т?ра?ты магнитт?к момент?н?? болуымен сипатталады. Парамагнитт?к ?асиет молекуланы? ??рамында ж?пталма?ан электрондарды? болуымен байланысты; оларды? магнитт?к ал?ырлы?ы о? болады. Молекула туралы к?птеген а?парат оптикалы?, мессбауэрл?к, фотоэлектронды?, ядролы? магнитт?к
резонанс
, ядролы? квадрупольд?к резонанс спектроскопиялары, сонымен ?атар квантты? химия ж?не химиялы? ?д?стер к?мег?мен алынады.
Молекулалы? масса
, салыстырмалы
молекулалы? масса
? затты? б?р молекуласыны? массасы. Молекулалы? масса молекуланы ??райтын барлы? атомдар массаларыны? ?осындысына те?. Олар ?те к?шкене бол?анды?тан,
т?ж?рибеде
оларды? орнына салыстырмалы атомды? масса ж?не салыстырмалы молекулалы? масса ??ымдары ?олданылады. Салыстырмалы молекулалы? масса (Мr) затты? б?р молекуласы массасыны? к?м?ртект?? 12С изотопы массасыны? 1/12 б?л?г?не ?атынасына те?. К?м?ртект?? 12С изотопы массасыны? 1/12 б?л?г? массаны? атомды? б?рл?г? рет?нде ?абылдан?ан: молекуланы? атомды? б?рл?г? (м.а.б.) =1,6607.10?24 г. Егер зат молекуласыны? ??рамы белг?с?з болса, онда белг?с?з затты? молекулалы? массасын эбуллиоскопия, криоскопия, осмометрия, масс-спектроскопия, т.б. ?д?стер ар?ылы аны?тау?а болады. Молекулалы? масса
химиялы?
,
физикалы?
ж?не химия-техникалы? есептеулерде ?олданылады.
[2]
Спектр ? бер?лген физикалы? шаманы? ?абылданатын ?р т?рл? м?ндер?н?? жиынты?ы. Спектрл? ?д?сте зерттелет?н атомдар мен молекулаларды? электро-магнигт? тол?ындарды та?дап, тал?ап ?з?не с???ру, тарату ?аб?лет? пайдаланылады. Б?л ?д?стер молекулаларда ?атарынан ж?рет?н б?рнеше ??былыстарды б?луге м?мк?нд?к беред?, атап айтканда, электрондарды? б?р энергетикалы? денгейден бас?а де?гейге ауысуы, б?т?ндей молекулада?ы не оны? ??рамына енет?н атом мен элементар б?лшектерде болатын тербелмел? не айналмалы ?оз?алыс энергиясыны? ?згеру?, т. б.
О?шаулан?ан атомдар мен молекулаларды? ?оз?алысында?ы ерекшел?ктер? оларды? спектр ??рылымынан к?р?нед?. Атомдар?а сызы?-сызы? болып к?р?нет?н спектрлер т?н. Олардын ?рб?р сызы?ы жеке-жеке, аны? ж?не ?р?айсысы белг?л? б?р жи?л?ктег? жа?дайды б?лд?ред?. Демек, атомдарда?ы шы?ару спектрлер?. электрондардын ?оздырыл?ан энергетикалы? де?гсйден ?ег?зг?ге ауыс?ан кез?нде пайда болады. Онда?ы тербел?ст?? жи?л?г? квантталу шартымен аны?талады: ?= (Е, ? Е0) : ?; (\v ? тербел?с жи?л?г?; Е{ ? ?оздырыл?ан де?гейдег? электрон энергиясы; Е0 ?нег?зг? де?гейдег? электрон энергиясы; ? ? Планк т?рактысы).
Атомды? спектрмен салыстыр?анда, толы? молекулалы? спектрлер ?лде?айда к?рдел?. Олар б?р-б?р?не ?те жа?ын, жи? тшт? кейде б?р?г?п, б?т?н б?р жола? болып к?р?нет?н к?птеген сызы?тан т?рады. М?ндай спектрлер молекулада?ы ?те к?рдел? ж?не к?птеген ??былыстар мен ?згер?стерд? к?рсетед?, мысалы, ядроны? тербелу? ж?не оны? тепе-те?д?к жа?дайдан ауыт?уы, электрондарды? ауысуы, квантты? ?згер?стер, т. б.
Молекулалы? спектрлер к?б?не с???ру спектр? болады, ал олардан шы?ару спектр?н алу ?иын, ?йткен? молекула электромагнитт?к тербел?с шы?ару ?ш?н, оны ?оздыру керек. ?рине, к?рдел? молекула электрл?к ?сер не ?ыздыру кез?нде ?озудын орнына о?ай ыдырап, жекеленген атомдар?а ж?ктелед? ж?не осы кезде пайда болатын шы?ару спектр? ?те ?лс?з де, оны? есес?не с???ру спектр? ай?ын, басым болады.
Молекула ??рылысын спектрл?к ?д?спен зерттегенде, ?р т?рл? облыста с?йкес орналас?ан тол?ын ?зынды?ымен ж?мыс ж?рг?зуге тура келед?. ?детте, мынадай спектрл? облыстар белг?л?: а) шамамен тол?ын ?зынды?ы 10~5? 10~4 см аралы?та?ы к?зге к?р?нет?н облыста?ы ж?не ультрак?лг?н (У?); б) тол?ын ?зьшды?ы 10~4 ? ?10~3 см немесе 1?50 мк аралы?ында?ы, к?зге к?р?нбейт?н инфра-?ызыл (И?) с?улелер; в) И? с?уледен алыс 10~3? 10^2см немесе 50?250 мк аралы?ында орналас?ан тол?ындар. М?ны? ?р? радио-спектроскопия ?д?с?мен зерттелет?н микротол?ынды облыстар ор-наласады.
Молекулада?ы атомдарды? тербелу?
[
??деу
?|
?айнарын ??деу
]
Молекулаларда?ы тербелмел? ?оз?алыстарды? т?р? сан алуан. Оларды? арасында?ы б?рден б?р ?арапайым т?р? ? ек? атом ядросын ?осатын т?зу сызы? бойына орналас?андарды? б?р-б?р?не т?уелс?зд?к жа?дайда тербелу?. М?ны сер?ппе ар?ылы байланыскан ек? шарды? механикалы? тербел?с?мен ойша салыстыру?а болады. Егер ек? шарды б?р-б?р?не тартатын к?ш сер?ппе болса, молекулаларда м?ндай сер?ппен?? м?ндет?н электрондарды? ?зара ?сер?нен пайда болатын валентт?л?к байланыс ат?арады, ал ек? ядроны? б?р-б?р?не ?сер?нен теб?л?с пайда болады. Егер ядроларды тербел?ске келт?рет?н энергия жетк?л?кт?, т?пт? к?п болса, онда тербелмел? ?оз?алыс ангармоникалы? за?дылы??а ба?ынады.
Инфра?ызыл спектрлер (К?С) инфра?ызыл с?улелер ?ш?н м?лд?р, я?ни с?улен? т?тпайтын ас т?зы, калий бромид? сия?ты кристалдар оптикалы? аспаптары бар спектограф к?мег?мен жазылады. ИК-с?улелерд? т?ркеу оларды? жылу ?сер?не нег?здел?п, термоэлемент пен болометр ж?не ?з? жазатын ??ралдар, ?ондыр?ылар к?мег?мен ж?зеге асады. С?йы? ж?не газ к?й?ндег? ?осылыстарды? И?-спектрлер? б?рден жазылып шы?ады, ал ?атты заттардын спектр?н жазу ?ш?н оларды ?уел? б?р ортада ?сактап аламыз. Т?ж?рибеден алын?ан деректерге ?ара?ан-да, с???ру И?-спектрлер? с???ру энергиясыны? тол?ын жи?л?г?не не оны? ?зынды?ына т?уелд? болады.
ИК-спектрлерде кез келген тол?ын к?р?н?п, аны?тала бермейд?, тек молекуланы? дипольд?к момент?не ?сер ет?п, оны ?згертуге себепкер болатын тол?ындар ?ана жазылады. Б?л ??былыс о?ай т?с?нд?р?лед? ж?не молекулада?ы атом ??рылысы мен ИК-спектрлер арасында?ы таби?и б?рл?кт?, байланысты к?рсетед?. Таралатын тол?ындарды? б?р? де тербелмел? электромагнитт?к ?р?с? бар ??былыс ж?не оны? пайда болуы ?ш?н электр зарядыны? осцилляциялануы шарт. Зерттелет?н зат тол?ынды ?з?не с???рсе, онда оны?орнына осцилдеуш? электр заряды пайда болады. Молекулада?ы ядро электрондар ы?палынан пайда болатын электр ?р?с?н?? ортасында тербелед?. М?ндайда о? ж?не тер?с зарядтарды? тез-тез ?айта б?л?н?п, таралуы салдарынан дипольд?к момент ?згерсе, онда дипольд?к момент ?андай жи?л?кте осцилденсе, ИК-с?уле де сондай жи?л?кпен таралады.
Валентт?л?к ж?не деформациялы? тербел?стерд? тек оларды? ?здер?не ?ана т?н жи?л?к шамасына орай айыру?а болады. Мысалы, к?м?ртек пен сутек арасында?ы валентт?л?к тербел?с 2800? 3000 см~’ жи?л?кте кездесед?. Ал, валентт?л?к б?рыштарын деформациялау?а ж?мсалатын к?ш шамасы, осы байланысты созу?а, алыстату?а ?ажетт? к?штен кем болады. Олай болса, сол к?м?ртек пен сутек байланысын деформациялау тербел?с? 1200?1400 см~’ жи?л?к шамасында екен, ?рине, б?л валентт?л?к тербел?с жи?л?г?нен ек? еседей аз.
К?птеген ?осылыстардын молекуланы? спектр?нде белг?л? б?р ??рылымда?ы топ ?айталана берсе, онда олар?а орта? жи?л?кт? б?л?п к?рсетуге болады. Б?л жи?л?к тек осы топта?ы байланысты ?ана сипаттайды. Айталы?, к?м?ртек пен к?м?ртек арасында?ы ?ос байланыс 1710 см-?, спирттег? оттек пен сутек арасында?ы байланыс 3688 см~! жи?л?кте сипатталады. Барлы? химиялы? элементтерд?, оларды? арасында?ы валентт?л?к байланыстар белг?л? б?р жи?л?кке сай келед? ж?не ол аны?тамалы?тарда бер?лед?. ИК-спектрд? пайдаланып ??рамы, ??рылысы ?л? белг?с?з кез келген ?осылыстарды зерттеп, ?андай химиялы? элементтерден ??рал?анын ж?не оларды? ?алай байланыс?анын аны?тау?а болады. И?-спектр к?мег?мен тек химиялы? ?ана емес физикалы? зерттеулер де ж?рг?з?лед?, б?л ?д?с ?ылым лабораториясынан ?нд?р?с лабораториясынада енуде.