Sisältö
Atomit ovat perusta kaikille maailmankaikkeuden rakennusosille. Niiden erilaiset ominaisuudet jakavat ne 118 elementtiin, jotka voivat yhdistyä miljoonilla tavoilla. Tutkijat kutsuvat näitä atomien yhdistelmiä molekyyleiksi ja yhdisteiksi. Molekyylit muodostavat jokaisen tutun kohteen, jonka tunnet, ilmasta, jonka hengität, keuhkoihin, jotka ottavat sen vastaan. Tutkijat työskentelevät laajasti molekyyleistä valmistettujen aineiden kanssa, joten on tärkeää tietää, mikä molekyyli on ja mitä ominaisuuksia sillä on.
Mitä ovat molekyylit ja yhdisteet?
Molekyyli on kaksi tai useampia atomeja, jotka on kemiallisesti liitetty toisiinsa. Jos ainakin kaksi eri elementtiä muodostaa molekyylin, sitä kutsutaan yhdisteeksi. Esimerkiksi vetykaasu (H2) ja vesi (H2O) ovat molekyylejä, mutta vesi on myös yhdiste, koska se koostuu vedystä ja hapesta. Molekyyli toimii kuin yksi yksikkö ja on aineen pienin pala, joka säilyttää kaikki aineen ominaisuudet. Esimerkiksi, jos hajotat sokerin (C12H22O11) mihin tahansa, joka on pienempi kuin sen molekyylitaso, se ei enää olisi sokeri. Se olisi yksittäisiä hiili-, vety- ja happiatomeja.
Kuinka molekyylit muodostuvat?
Jokainen atomi koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja negatiivisesti varautuneista elektroneista. Nämä elektronit on järjestetty tasoille, joita kutsutaan orbitaaleiksi tai kuoriksi. Energeettisimmat elektronit sijaitsevat uloimmassa kiertoradalla, nimeltään valenssikuori, ja ne voidaan jakaa muiden atomien kanssa molekyylin muodostamiseksi. Määrä elektronit, joita kiertorata voi pitää, määrää, millaisia molekyylejä muodostuu. Esimerkiksi kloori (Na) voi hyväksyä vain yhden elektronin ennen kuin sen valenssikuori on täynnä. Siksi se voi yhdistyä yhden natriumiatomin kanssa, jotta saadaan pöytäsuolaa (NaCl), mutta ei kahteen, jotta muodostuu Na2Cl.
Molekyylityypit
Molekyylit voivat olla kovalenttisia, polaarisia kovalenttisia, ionisia tai metallisia. Kovalenttiset yhdisteet muodostuvat, kun kaksi atomia jakavat elektroninsa tasaisesti. Jotta tätä tapahtuisi, molemmilla atomilla on oltava sama elektronegatiivisuus, tai niiden täytyy vetää elektronit päälle. Vain identtisillä atomilla on täsmälleen sama elektronegatiivisuus, joten todelliset kovalenttiset sidokset muodostuvat vain itsensä kanssa sitoutuvien elementtien, kuten vetykaasun (H2), välillä. Atomeja, jotka jakavat elektronejaan hieman epätasaisesti, kutsutaan polaarisiksi kovalenttisiksi molekyyleiksi. Tämän tyyppisissä yhdisteissä yhdellä atomilla on hiukan voimakkaampi elektronin veto kuin toisella; siksi elektroni viettää enemmän aikaa vahvemman atomin ympärillä, luomalla väliaikaisen positiivisen ja negatiivisen lopun. Ioniyhdisteet muodostuvat, kun yhdellä atomilla on paljon voimakkaampi elektronin veto kuin toisella atomilla, aiheuttaen sen hallitsemaan sitä suurimman osan ajasta. Metalliatomit jakavat elektroninsa vapaasti monien atomien kanssa, aiheuttaen elektronivirtauksen, mikä tekee niistä hyviä sähkönjohtajia.
Yhdiste Vs. seos
Kahden alkuaineen täytyy sitoutua kemiallisesti molekyylin muodostamiseksi; ts. heidän on jaettava elektroneja. Jos ne yhdistetään siten, että ne näyttävät olevan yksi aine, mutta eivät ole sitoutuneet kemiallisesti, se on seos. Esimerkiksi vesi on yhdiste, koska vety ja happi jakavat elektroneja. Sokerivesi on seos; vaikka sen komponentit ovat fysikaalisesti sekoittuneet, ne eivät ole sitoutuneet kemiallisesti. Seos muistuttaa yleensä sen komponentteja, samoin kuin sokerivesi maistuu makealta, kuten sokeri, ja pysyy nestemäisenä, kuten vesi. Yhdisteet eivät säilytä komponenttiensa ominaisuuksia. Esimerkiksi pöytäsuola (NaCl) on valmistettu natriumista, joka räjähtää liekkeihin, kun se koskettaa vettä, ja kloorista, joka on desinfiointiaine. Kun kuitenkin laitat ne yhteen, ne muodostavat vakaan, syötävän aineen.