Молекулы, раздел «Физик»
Молекула в современном понимании — это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна к самостоятельному существованию. Она может состоять как из одинаковых атомов, например кислород O2, озон O3, азот N2, фосфор P4, сера S6 и т. д., так и из различных атомов: сюда относятся молекулы всех сложных веществ. Простейшие молекулы состоят из одного атома: это молекулы инертных газов — гелия, неона, аргона, криптона, ксенона, радона. В так называемых высокомолекулярных соединениях и полимерах каждая молекула может состоять из сотен тысяч атомов.
Экспериментальное доказательство существования молекул первым наиболее убедительно дал французский физик Ж. Перрен в 1906 г. при изучении броуновского движения. Оно, как показал Перрен, является результатом теплового движения молекул — и ничем иным.
Сущность молекулы можно описать и с другой точки зрения: молекула — устойчивая система, состоящая из ядер атомов (одинаковых или различных) и окружающих электронов, причем химические свойства молекулы определяются электронами внешних оболочек в атомах. Атомы объединяются в молекулы в большинстве случаев химическими связями. Обычно такая связь создается одной, двумя или тремя парами электронов, которыми владеют сообща два атома.
Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности и определенным образом распределены в пространстве. Связи между атомами имеют различную прочность; она оценивается величиной энергии, которую необходимо затратить для разрыва межатомных связей.
Эта величина сильно различается для различных связей; но не превышает нескольких десятков ккал/моль.
Молекулы характеризуются определенными размером и формой. Если известны молекулярный вес и плотность данного вещества, то вычислить размер его молекул несложно. Для этого надо объем, занимаемый грамм-молекулой вещества, разделить на число Авогадро (6,02•1023) (см. Авогадро закон и число). Корень кубический из полученного значения и даст нам величину диаметра молекулы. Но этот расчетный метод применим далеко не во всех случаях; для определения геометрических размеров молекул большинства веществ используют различные экспериментальные методы измерения. Форма молекулы определяется длинами связей между атомами и углами между связями. Так, в молекуле воды длина связи O—H примерно равна 0,96 Å, а угол между двумя этими связями составляет 104°27'. В свою очередь, длины связей и углы зависят от строения электронных оболочек атомов и их взаимного влияния друг на друга. Молекулы могут иметь форму треугольника, пирамиды, тетраэдра и других геометрических фигур. Но широко распространены и вещества, в молекулах которых атомы расположены линейно. Строение молекул изучается с помощью рентгено-, электроно- и нейтронографии, молекулярной спектроскопии и других методов.
В газообразном состоянии вещества, как правило, при обычных температурах состоят из молекул; при более или менее сильном нагревании происходит их термическая диссоциация на атомы. Присутствие молекул характерно для большинства жидкостей и так называемых молекулярных кристаллов (см. Кристаллофизика). Для всех упомянутых веществ химические формулы непосредственно выражают количественный и качественный состав молекул. С современной точки зрения в таких веществах, как металлы, сплавы, а также в ионных и атомных кристаллах, молекул, как таковых, обычно не существует. Это объясняется тем, что в таких веществах каждый атом (ион) со всеми соседними атомами (ионами) взаимодействует примерно в одинаковой степени.
