• Molecule 01 (слово написано в единственном числе);
• Escentric 01 (написание аналогично имеющемуся в названии бренда);
• Molecule 02 и его партнер Escentric 02;
• Следующая пара: Molecule 03 и имеющих особенности напарник — Escentric 03.

Часто встречаются длинные наименования, включающие в себя и название марки, и непосредственно аромата. Чтобы не запутаться, необходимо обращать внимание на слово, стоящее перед цифровым кодом. Композиции выпускались парами, по номерам.

Ноль первые

Это первая пара семейства вышла в 2006 году и стала «революцией в мире парфюмерии». Именно так окрестили ее критики, изначально настроенные довольно скептически ко всем новшествам. Однако протестировав парфюм, они заполнили глянцевые журналы заголовками о «прорыве», «революции» и «волшебстве».

Molecule 01

Этот аромат построен исключительно на «волшебстве» ISO E Super. В композицию не входят другие компоненты – это чистый концентрированный индивидуальный запах.

Escentric 01

Этот настоящий партнер первой Молекулы, но обладает он и отдельной структурой. То есть до момента появления уникального запаха, парфюм не молчит, а звучит своим интересным букетом нот. И после он не переходит в чистое личное звучание Molecule 01, а формирует аромат из смеси уникального запаха и заложенной композиции.

Ноль вторые

Эта пара Molecule появилась в 2008 году, когда слава премьерных ароматов уже прокатилась по всему миру. В результате – очереди в магазинах в день появления, и практически моментальная продажа всех запасов.

Особенностью этих композиций стало наличие вещества Амброксан (Ambroxan) – искусственно синтезированный Гезом Шоеном аналог амбры. Парфюмер не является автором вещества – оно известно еще с 1950-х годов, но именно ему удалось получить Амброксан в виде сильного, яркого и, одновременно, нерезкого запаха.

Molecule 02

Этот представитель второй пары, как всегда, дает представление о наиболее чистом звучании компонентов. Очень чувственный Амброксан и личный аромат от ISO E Super – очень сексуальный дуэт!

Escentric 02

К двум основным ингредиентам серии добавлены две цветочные ноты. При этом акцент не смещен в приторность, а цветы очень гармонично вписаны в общую композицию. Сладость есть, но она не чрезмерна — ее уровень индивидуален и зависит от компонентов, играющих главные роли: Амброксана и личного запаха.

Третья серия

Два этих аромата Molecule появились в 2010 году, и стали, пожалуй, самыми спорными в серии. Почти никого третья серия не оставила равнодушными – люди либо возненавидели эти запаха, либо безумно влюбились в них. Это показатель неординарности!

ВАЖНО: В отличии от предыдущих духов Molecule, флаконы третьей серии очень похожи. Различаются они только маленькими надписями: «М» и «Molecule 03» или «Е» и «Escentric 03», сделанными в левом верхнем углу лицевой стороны. На флаконах объема 30 мл надписи гласят «М- 03» и «Е- 03» соответственно.

Основной акцент был сделан на молекуле ISO E Super и ветивере, давшем ароматам шипровую основу. Различаются оба парфюма значительно, но общая основа позволяет приписать их одному направлению.

Molecule 03

Два ингредиента – ничего лишнего. Чистая идея автора. Если этот аромат подойдет, он станет настоящим другом на долгие годы. Его звучание, конечно, индивидуально, но, судя по отзывам, практически все отмечают феноменальную стойкость парфюма.

Escentric 03

Напарник так же необычайно стойкий, и так же основанный на ветивере и знаменитой молекуле. Однако большой букет нот сопутствующих ингредиентов придает аромату свой, непохожий на партнера характер. Более того, в Escentric 03 автор вернулся к классической пирамиде этапов звучания.

Вы – одна из тех миллионов женщин, которые борются с лишним весом?
А все ваши попытки похудеть не увенчались успехом?

И вы уже задумывались о радикальных мерах? Оно и понятно, ведь стройная фигура - это показатель здоровья и повод для гордости. Кроме того, это как минимум долголетие человека. А то, что человек, теряющий «лишние килограммы» , выглядит моложе – аксиома не требующая доказательств.

Другие ароматы бренда

Кроме описанных шести парфюмерных композиций Molecule из-под «пера» Геза Шоена вышло еще несколько духов для своего бренда. Во-первых, несколько ограниченных тиражей (limited edition) тех же Молекул. Они отличаются в основном флаконом, упаковкой и, разумеется, ценой.

Существуют ароматы от Геза Шоена, созданные без применения «волшебной молекулы». Автор хотел доказать, что может создавать и классические духи, и, как показывают отзывы, ему это удалось.

Поклонники парфюмера могут познакомиться с такими его композициями, как The Beautiful Mind Series Intelligence & Fantasy, его продолжением The Beautiful Mind Series Volume 2: Precisionand Grace или совершенно иным, посвященным давно ушедшему германскому актеру Клаусу Кински, парфюм Kinsky…

Среди большого ассортимента парфюмерии Escentric Molecules любая женщина сможет подобрать свой аромат. Для этого есть все: талант автора, наука и высокие технологии. Стать обладательницей единственного в мире запаха – разве же не об этом мечтает большинство дам?

Теперь ответ известен и доступен – это духи Молекула; духи, превращающие кожу в настоящего парфюмера, создающего уникальные ароматы!

Для поступающих в вузы химического профиля

При изучении предмета «химия» сведениям о собственно химических превращениях предшествуют данные о составе и строении вещества, его физических свойствах.
Эту науку иногда называют молекулярной химией.

Вообще индивидуальные особенности вещества (свойства), позволяющие распознать его и отличить от других веществ, разделяют на две группы. Одну из них представляют химические свойства вещества, обусловливающие его способность превращаться в другие, новые вещества. В нашей статье будут затронуты физические свойства вещества, не связанные с изменением его химической природы.

К физическим свойствам вещества относятся:
а) агрегатное состояние (газ, жидкость, твердое тело) при нормальных условиях (0 °С, 1 атм); б) цвет; в) запах; г) плотность; д) температуры плавления и кипения; е) тепло- и электропроводность; ж) растворимость в воде и других растворителях. Именно физические свойства являются главным стержнем новой области знаний, получившей название «супрамолекулярная химия» (см.: Пожарский А.Ф. Соросовский образовательный журнал, 1997, № 9, с. 32–39).

Если классическая химия имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходят разрыв и образование валентных связей, то объектом изучения супрамолекулярной химии (или химии межмолекулярных связей) служат невалентные взаимодействия: водородная связь, электростатические взаимодействия, структуры «без связи». Сочетание известной прочности 1 и способности к быстрым и обратимым изменениям – характерное свойство всех биологических молекулярных структур: нуклеиновых кислот, белков, ферментов, переносчиков частиц.

Все вещества состоят из атомов, молекул или ионов. Определим каждое из этих понятий. Атомами называют мельчайшие частицы вещества, характеризующиеся следующим строением: положительно заряженное ядро (плотное, тяжелое) и отрицательно заряженная электронная оболочка (рыхлая, легкая). Разновидности атомов (~100) отличаются друг от друга зарядом ядра. Единицу положительного заряда несет элементарная частица протон р (заряд +1). Число протонов у атомов различных видов разное. Число протонов определяет заряд ядра Z . Это число равно атомному номеру химического элемента в периодической системе.

Кроме протонов в состав ядра входят нейтральные элементарные частицы нейтроны n (заряд 0). По массе они примерно такие же, как протоны: m (n ) » m (p ) » 1 а. е. м. (атомная единица массы). Общее число протонов и нейтронов в ядре показывает массовое число А . Величина А обычно близка к целочисленному значению атомной массы элемента. Число нейтронов (N ) в ядре атома определяется путем вычитания из массового числа А числа протонов, равного заряду ядра Z : N = A – Z .

Атомы одного вида, ядра которых содержат одинаковое число протонов и разное число нейтронов, называют изотопами . Каждый элемент может иметь несколько изотопов. При обозначении изотопа вверху слева от символа элемента указывают его массовое число, а внизу слева – атомный номер. Например, у атома магния с порядковым (атомным) номером 12 есть три стабильных изотопа:

Единицей отрицательного заряда служит электрон е (заряд –1). Атом является электроотрицательной частицей: заряды ядра и электронной оболочки равны по величине и противоположны по знаку. В табл. 1 представлены количественные характеристики шести изотопов химических элементов.

Таблица 1

Благодаря химической связи из атомов образуются более сложные частицы – молекулы. Молекулой называют группу атомов (два или более) простого или сложного вещества, внутри которой связи между атомами значительно прочнее, чем связи между разными молекулами. Например, в молекулах простых веществ кислорода О 2 и азота N 2 химическая связь (показана черточками) между парой атомов, составляющих молекулу (О=О и N є N), прочная, а межмолекулярная связь, показанная точками (О=О...О=О...О=О), на несколько порядков слабее. Молекулы, как и атомы, – электронейтральные частицы.

Удаление из атомов одного или нескольких электронов не приводит к образованию атома нового элемента. Так, если из нейтрального атома лития Li, содержащего три электрона, удалить один электрон, то атом элемента лития сохранится, однако заряд его будет +1 (Li +). Заряд +1 возникает за счет того, что в этом случае заряд ядра +3 не будет полностью нейтрализован зарядом –2 оставшихся в атоме двух электронов, т. е. +3 – 2 = +1.

Аналогично, если к нейтральному атому фтора F присоединить один электрон, то образуется не атом нового элемента, а заряженный (заряд –1) атом элемента фтора (F –).

Итак, при удалении из нейтрального атома или присоединении к нему электронов атом приобретает заряд, равный числу перемещенных электронов. Атом, имеющий электрический заряд, называют ионом . Положительные ионы называют катионами , отрицательные – анионами .

Между противоположно заряженными ионами существует притяжение, обусловливающее устойчивость соединения. Связь между ионами Li + и F – называется ионной связью . К числу соединений с ионной связью относят большинство солей (в них металл соединен с кислотным остатком, например NaCl, MgSO 4), оксидов и гидроксидов металлов (BaO, Na 2 O; KOH, Fe(OH) 2).

Вещества молекулярного строения – газы: кислород О 2 , азот N 2 , сероводород H 2 S; жидкости: вода Н 2 О, триоксид серы SO 3 , бром Br 2 ; твердые вещества: нафталин С 10 Н 8 , сахароза C 12 H 22 O 11 , пентахлорид фосфора PCl 5 .

Химическая связь между атомами в молекуле характеризуется такими параметрами, как энергия связи, длина, кратность и полярность связи.

Энергия связи (Е св) – это энергия, необходимая для разрыва данной связи в 1 моль (N A = 6,02 10 23 молекул) вещества. Например, энергия связи между атомами в молекуле хлора Cl 2 для N A молекул равна энергии, затрачиваемой на расщепление 1 моль Cl 2 до атомов хлора:

Кратность связи определяется числом электронных пар, связывающих два атома (в записи на бумаге – числом черточек между атомами). Так, в этане Н 3 С–СН 3 связь между атомами углерода одинарная, в этилене Н 2 С=СН 2 – двойная, в ацетилене НС є СН – тройная. С увеличением кратности связи энергия связи возрастает. Энергии связей С–С, С=С и С є С составляют соответственно 348, 614 и 839 кДж/моль. Энергия одинарной связи О–О в пероксидах типа НО–ОН имеет значение Е св = 146 кДж/моль, а двойной связи О=О в молекулярном кислороде – Е св = 495 кДж/моль.

Длиной связи (l св) называют расстояние между ядрами соединенных атомов. Длины связей в различных соединениях примерно одного порядка и имеют значение десятых долей нанометра (1 нм = 10 –9 м). При увеличении кратности происходит уменьшение длин связей: l св (N–N) = 0,145 нм, l св (N=N) = 0,125 нм и l св (N є N) = 0,109 нм. Длины связей С–С, С=С и С є С равны соответственно 0,154, 0,134 и 0,120 нм.

Полярность связи обусловливается смещением связывающей электронной пары к одному из атомов, в результате чего образуется диполь 2 , который измеряется дипольным моментом (m ) – произведением концевого заряда (q ) на расстояние между зарядами (l ): m = q l . Cледовательно, дипольный момент тем больше, чем больше накапливаемые при разделении заряды и чем больше расстояние между положительным и отрицательным зарядами. Дипольный момент выражают в кулон-метрах (Кл м) или в дебаях (Д) (1 Д = 3,3 10 –30 Кл м). Если отрицательный заряд, равный заряду электрона (1,6 10 –19 Кл), и такой же положительный заряд находятся на расстоянии 0,1 нм, то дипольный момент равен: m = 1,6 10 –19 10 –10 = 1,6 10 –29 Кл м.

Зная дипольный момент молекулы HCl m = 3,44 10 –30 Кл м и межъядерное расстояние l (H–Cl) = 0,127 нм, можно рассчитать, что на атоме водорода имеется положительный заряд, а на атоме хлора – отрицательный, составляющий 0,17 от заряда электрона. Подобный расчет для молекулы KCl дает значения зарядов на атомах калия и хлора по 0,83 единицы заряда.

Приведем дипольные моменты некоторых химических связей (табл. 2).

Таблица 2

В этих примерах водород и углерод являются положительными концами диполей. У связи Н–С отрицательным полюсом диполя является углерод.

Дипольный момент молекулы, содержащей более двух атомов, зависит как от полярности связей, так и от молекулярной геометрии. Многоатомная молекула может иметь дипольный момент только в том случае, если ее связи полярны. Однако даже при наличии полярных связей молекула как целое может не иметь дипольного момента, если связи направлены так, что их полярности взаимно компенсируются. Это наблюдается в случае линейной молекулы СО 2:

Здесь стрелки указывают направление дипольного момента в сторону более электроотрицательного атома. Приведем ряд электроотрицательности 3 отдельных элементов (табл. 3).

Таблица 3

Поскольку кислород более электроотрицателен, чем углерод, связи в молекуле СО 2 оказываются полярными с повышенной концентрацией электронной плотности на атомах кислорода. Однако центры отрицательного и положительного зарядов совмещены в одной точке на атоме углерода, поэтому молекула в целом не имеет результирующего дипольного момента.

Другими примерами неполярных молекул, каждая из которых имеет полярные связи, являются трифторид бора ВF 3 , тетрахлорид углерода ССl 4 , гексафторид серы SF 6:

Симметричное расположение связей в неполярных молекулах служит причиной отсутствия у них положительно и отрицательно заряженных сторон.

• Задача . Какие из предложенных соединений имеют дипольный момент? Если молекула обладает дипольным моментом, укажите его направление:
  а) NH 3 ; б) H 2 O; в) CH 4 ; г) CH 3 Cl; д) CH 2 Cl 2 ; е) CH 2 O; ж) HCN.

Решение

Согласно теории отталкивания валентных электронных пар, как связывающие электронные пары, так и свободные (типа обозначенных точками в молекулах аммиака Н 3 и воды Н 2:), принадлежащие одному атому, располагаются в пространстве как можно дальше друг от друга.

а) Аммиак представляет собой тригональную пирамидальную молекулу с неподеленной электронной парой в вершине пирамиды:

б) Молекула воды Н 2 О имеет уголковую структуру:

Молекулы NH 3 , H 2 O, CH 4 , CH 3 Cl и CH 2 Cl 2 имеют четыре валентные электронные пары вокруг центрального атома. Это определяет пространственную ориентацию присоединенных к центральному атому краевых атомов. У пяти названных соединений примерно тетраэдрическое расположение электронных пар.

в) Для молекулы метана СН 4 при соединении атомов водорода линиями получаем правильный тетраэдр с углеродом в центре:

г) В молекуле хлорметана СН 3 Сl дипольный момент направлен вдоль связи С–Сl. В этом диполе частичный отрицательный заряд находится на хлоре, а углерод и атомы водорода являются положительным концом диполя:

д) В молекуле дихлорметана CH 2 Cl 2 вклад дипольных моментов отдельных связей выглядит следующим образом:

Диполи связей C–H усиливают дипольный момент связей С–Сl в CH 2 Cl 2 .

е) Учитывая отталкивание валентных электронных пар, можно предположить, что валентные углы у атома С в формальдегиде СН 2 О будут равны ~120° (плоская тригональная структура, как у BF 3). Однако распределение заряда в СН 2 О асимметрично. Дипольный момент направлен по биссектрисе угла с отрицательным концом диполя на кислороде:

ж) В молекуле цианистого водорода Н–С є N имеется тройная связь. Поэтому все валентные электроны углерода участвуют в образовании химических связей. Строение молекулы линейное, таким образом достигается максимальное удаление электронов одинарной связи Н–С от электронов тройной связи C є N.

Дипольный момент направлен вдоль оси с частичным отрицательным зарядом на азоте.

Физические свойства органических веществ

Органической называют химию соединений углерода. При этом карбонаты металлов (Na 2 CO 3 , FeCO 3 , CaCO 3) и карбиды (СаС 2 , Al 4 C 3) обычно изучают в неорганической химии.

Под физическими свойствами вещества понимают его температуры кипения (t кип) и плавления (t пл), растворимость в воде. Эти характеристики напрямую связаны с величиной дипольного момента m .

При определенных условиях большинство веществ способно существовать в любом из трех агрегатных состояний: в твердом, жидком или газообразном. В газах молекулы находятся далеко друг от друга и не оказывают значительного взаимного влияния. Разнообразие физических свойств жидких и твердых веществ определяется главным образом действующими внутри них межмолекулярными силами притяжения, благодаря которым молекулы удерживаются возле друг друга. Рассмотрим взаимосвязь между строением вещества, действующими в нем межмолекулярными силами и его физическими свойствами.

Все межмолекулярные силы имеют электростатическую природу. Они подчиняются закону Кулона, согласно которому разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. В простейшем случае сила притяжения или отталкивания (F ) прямо пропорциональна произведению модулей зарядов (q 1 и q 2) и обратно пропорциональна квадрату расстояния (r ) между ними:

F = k (|q 1 ||q 2 |)/r 2 , где k – коэффициент пропорциональности.

Силы взаимодействия между нейтральными молекулами обычно намного меньше сил, удерживающих атомы в молекуле. Например, для испарения 1 моль жидкого HCl требуется 16 кДж теплоты, а для диссоциации того же количества HCl на атомы Н и Cl – уже 431 кДж.

Остановимся на двух типах межмолекулярных сил, характерных для органических веществ: диполь-дипольном взаимодействии и дисперсионном (наведенный диполь – наведенный диполь) взаимодействии.

Диполь-дипольные силы действуют между полярными молекулами.

Типы ориентации диполей:

(Стрелками показано направление действия сил.)

Температура кипения органических жидкостей повышается по мере возрастания молекулярного дипольного момента (табл. 4). Энергия притяжения (Е ) между дипольными молекулами подчиняется зависимости:

Е = m 4 /d 6 , где m – дипольный момент; d – расстояние между центрами диполей.

Таблица 4

Молекулярные массы, дипольные моменты и температуры кипения органических соединений

Индуцированный (наведенный) диполь возникает в результате неравномерного распределения молекулярных зарядов вследствие каких-то причин (например, случайного смещения электронов в одну сторону от ядра). Этот мгновенный дипольный момент индуцирует (вызывает) аналогичный дипольный момент у соседнего атома, потому что перемещение электронов в соседних атомах отчасти взаимозависимо (из-за взаимного отталкивания).

Схема взаимодействия индуцированных (мгновенных) диполей и электростатического притяжения между атомами:

Дисперсионные силы взаимодействия между двумя молекулами изменяются по закону F » 1/d 6 . Следовательно, эти силы имеют достаточно большую величину лишь при очень близком расположении молекул друг к другу. Величина дисперсионных сил притяжения зависит от способности молекул поляризоваться, т. е. деформировать свое электронное облако. Вообще говоря, чем больше молекула и чем дальше ее валентные электроны располагаются от ядер, тем больше ее поляризуемость. Значит, дисперсионные силы возрастают с увеличением размеров молекул и их молекулярной массы. Определенную роль играет и форма молекул.

Например, неопентан и н -пентан имеют одинаковую молекулярную формулу С 5 Н 12 , однако температура кипения н -пентана (36 °С) выше, чем у неопентана (9,5 °С). Такое различие объясняют разной формой молекул двух веществ:

Молекулы н -пентана сильнее притягиваются друг к другу, потому что обладают большим числом центров взаимодействия (плотная упаковка) и способны вступать в контакт по всей длине молекулы. У молекул неопентана (неплотная упаковка) поверхность возможных контактов гораздо меньше.

Другие примеры различия в физических константах изомеров представлены в табл. 5.

Таблица 5

Температуры кипения и плавления изомеров бутана и гексана

Упражнения

1. Для каждой из следующих молекул, содержащих полярные ковалентные связи, укажите положительный и отрицательный концы диполя (стрелкой ®). Используйте ряд электроотрицательности элементов.

а) HCl; б) IСl; в) HOCl; г) COCl 2 .

2. Какое соединение из каждой пары имеет больший дипольный момент m? Почему?

а) (СН 3) 3 СН и (СН 3) 3 Сl; б) СНСl 3 и ССl 3 F;
в) СН 3 NН 2 и СН 3 OH; г) СН 3 NН 2 и СН 3 NО 2 .

3. Подберите алканы, соответствующие следующим температурам кипения, °С: 106, 116, 126, 151. Алканы: октан СН 3 (СН 2) 6 СН 3 ; 2-метилгептан (СН 3) 2 СН(СН 2) 4 СН 3 ; 2,2,3,3-тетраметилбутан (СН 3) 3 СС(СН 3) 3 ; нонан СН 3 (СН 2) 7 СН 3 .

4. Для трех изомеров гептана состава С 7 Н 16 – н -гептана СН 3 (СН 2) 5 СН 3 , 2-метилгексана (СН 3) 2 СН(СН 2) 3 СН 3 и 2,4-диметилпентана (СН 3) 2 СНСН 2 СН(СН 3) 2 – установите, какому соединению соответствует конкретная температура кипения. Значения t кип этих веществ, °С: 80, 90 и 98.

________________________

1 Энергия невалентных взаимодействий в 10–100 раз меньше энергии валентных связей, но ее бывает достаточно для создания прочных и эластичных ассоциатов.
2 Диполь – это совокупность двух разноименных, но равных по абсолютной величине электрических зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.
3 Электроотрицательностью называют способность атомов в молекуле смещать общую (связывающую) электронную пару.

А.Д.Микитюк

На листьях черёмухи были водяные капли. Прошло немного времени, и они исчезли: вода испарилась.

В стакан чая бросили кусок сахару. Сахар растворился.

Есть ли что-нибудь общее между испарением воды, растворением сахара и запахом цветов?

В рассказе « » говорится, что все на свете тела состоят из мельчайших частиц- атомов. Но если сказать точнее - не просто из атомов, а из групп атомов. Такие «компании» атомов называют молекулами. Ведь атомы в природе - всё равно что материалы в строительстве. Из немногих видов стройматериалов - кирпичей, досок, брёвен, балок - строят сотни различных домов. А из 92 сортов атомов природа и человек создали сотни тысяч разных веществ: в каждом веществе атомы соединяются в разные группы, образуют разные молекулы.

Когда кусок сахару растворяется, все его молекулы, до той поры соединённые вместе в твёрдый кусок, отделяются друг от друга и перемешиваются с молекулами воды. При испарении воды её молекулы смешиваются с молекулами и , из которых состоит воздух. И точно так же любое пахучее вещество (в том числе и нектар черёмуховых цветов) посылает свои молекулы в воздух. Эти молекулы движутся вместе с молекулами воздуха и попадают в наш нос, вызывая в нём ощущение запаха.

У каждого вещества свои молекулы. Некоторые из них очень просты. Например, молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода, а молекула водорода - из двух атомов водорода. Это простые вещества.

Но если смешать водород и кислород и поджечь, как это делал , мы получим воду. При поджигании этой смеси молекулы водорода и кислорода сначала распадутся на атомы, а затем соединятся, образуя молекулы воды. Вода - это уже сложное вещество.

Существуют и очень сложные молекулы. У таких веществ, как , каучук, древесина, у многих молекулы состоят из нескольких сотен и даже тысяч атомов.

Свойства веществ зависят в первую очередь от свойств их молекул. Если молекулы связаны друг с другом слабо, состоящее из них вещество будет газообразным, как например водяной пар. Молекулы в нём движутся быстро и свободно, только случайно сталкиваясь между собой. Если охлаждать водяной пар, молекулы воды будут двигаться медленнее, начнут соединяться одна с другой и пар превратится в жидкость. В жидкости молекулы связаны уже гораздо теснее, но всё-таки они могут ещё двигаться сравнительно свободно. Если же понизить температуру до 0° или ниже, вода замёрзнет и образуется твёрдое кристаллическое вещество - лёд, в котором молекулы воды могут только колебаться, почти не двигаясь с места.

Разнообразны и формы молекул. Молекулы воды похожи на шарики, а молекулы каучука - на длинные нити, так тесно переплетающиеся, что их почти невозможно отделить одну от другой. Потому-то, кстати, каучук так легко растягивается.

МОЛЕКУЛ СТРОЕНИЕ (молекулярная структура), взаимное расположение атомов в молекулах. В ходе химических реакций происходит перегруппировка атомов в молекулах реагентов и образуются новые соединения. Поэтому одна из фундаментальных химических проблем состоит в выяснении расположения атомов в исходных соединениях и характера изменений при образовании из них других соединений.

Первые представления о структуре молекул основывались на анализе химического поведения вещества. Эти представления усложнялись по мере накопления знаний о химических свойствах веществ. Применение основных законов химии позволяло определить число и тип атомов, из которых состоит молекула данного соединения; эта информация содержится в химической формуле. Со временем химики осознали, что одной химической формулы недостаточно для точной характеристики молекулы, поскольку существуют молекулы-изомеры, имеющие одинаковые химические формулы, но разные свойства. Этот факт навел ученых на мысль, что атомы в молекуле должны иметь определенную топологию, стабилизируемую связями между ними. Впервые эту идею высказал в 1858 немецкий химик Ф.Кекуле. Согласно его представлениям, молекулу можно изобразить с помощью структурной формулы, в которой указаны не только сами атомы, но и связи между ними. Межатомные связи должны также соответствовать пространственному расположению атомов. Этапы развития представлений о строении молекулы метана отражены на рис. 1. Современным данным отвечает структура г : молекула имеет форму правильного тетраэдра, в центре которого находится атом углерода, а в вершинах - атомы водорода.

Подобные исследования, однако, ничего не говорили о размерах молекул. Эта информация стала доступна лишь с разработкой соответствующих физических методов. Наиболее важным из них оказалась рентгеновская дифракция. Из картин рассеяния рентгеновских лучей на кристаллах появилась возможность определять точное положение атомов в кристалле, а для молекулярных кристаллов удалось локализовать атомы в отдельной молекуле. Среди других методов можно отметить дифракцию электронов при прохождении их через газы или пары и анализ вращательных спектров молекул.

Вся эта информация дает только общее представление о структуре молекулы. Природу химических связей позволяет исследовать современная квантовая теория. И хотя с достаточно высокой точностью молекулярную структуру рассчитать пока не удается, все известные данные о химических связях можно объяснить. Было даже предсказано существование новых типов химических связей.

Простая ковалентная связь.

Молекула водорода Н 2 состоит из двух идентичных атомов. По данным физических измерений длина связи - расстояние между ядрами атомов водорода (протонами) - составляет 0,70 Å (1 Å = 10 -8 см), что отвечает радиусу атома водорода в основном состоянии, т.е. в состоянии с минимальной энергией. Образование связи между атомами можно объяснить лишь в предположении, что их электроны локализуются в основном между ядрами, образуя облако отрицательно заряженных связывающих частиц и удерживая вместе положительно заряженные протоны.

Рассмотрим два водородных атома в основном состоянии, т.е. состоянии, в котором их электроны находятся на 1s -орбитали. Каждый из этих электронов можно рассматривать как волну, а орбиталь - как стоячую волну. При сближении атомов орбитали начинают перекрываться (рис. 2), и, как в случае обычных волн, возникает интерференция - наложение волн (волновых функций) в области перекрывания. Если знаки волновых функций противоположны, то при интерференции волны уничтожают друг друга (деструктивная интерференция), а если одинаковы, то происходит их сложение (конструктивная интерференция). При сближении атомов водорода возможны два исхода в зависимости от того, находятся ли волновые функции в фазе (рис. 2,а ) или в противофазе (рис. 2,б ). В первом случае произойдет конструктивная интерференция, во втором - деструктивная, при этом появятся две молекулярные орбитали; для одной из них характерна высокая плотность в области между ядрами (рис. 2,в ), для другой - низкая (рис. 2,г ) - фактически узел с нулевой амплитудой, разделяющей ядра.

Таким образом, при сближении атомов водорода и их взаимодействии 1s -орбитали образуют две молекулярные орбитали, а два электрона должны заполнить какую-то одну из них. Электроны в атомах всегда стремятся занять наиболее устойчивое положение - то, в котором их энергия минимальна. Для орбитали, показанной на рис. 2,в , характерна высокая плотность в области между ядрами, и каждый электрон, занявший эту орбиталь, будет бóльшую часть времени находиться вблизи положительно заряженных ядер, т.е. его потенциальная энергия будет мала. Напротив, у орбитали, показанной на рис. 2,г , максимальная плотность имеет место в областях, расположенных слева и справа от ядер, и энергия электронов, находящихся на этой орбитали, будет велика. Итак, электроны обладают меньшей энергией, когда они занимают орбиталь в , причем эта энергия даже меньше той, которая была бы у них при бесконечном удалении атомов друг от друга. Поскольку в данном случае имеются только два электрона, оба они могут занимать более выгодную с энергетической точки зрения орбиталь, если их спины антипараллельны (принцип Паули). Поэтому энергия системы, состоящей из двух атомов водорода, при сближении атомов уменьшается, и чтобы затем удалить атомы друг от друга, потребуется энергия, равная энергии образования стабильной молекулы водорода Н 2 . Заметим, что необходимым условием существования молекулы водорода является преимущественная локализация электронов между ядрами в соответствии с тем, что мы уже говорили выше. Молекулярную орбиталь в называют связывающей, а орбиталь г - разрыхляющей.

Cтраница 1

Химические свойства молекул резко меняются при преобразованиях их структуры. Примером могут служить даже простейшие соединения. Так, газ метан (СИ4), соединяясь всего лишь с одним атомом кислорода, превращается в ядовитую жидкость метанол, или метиловый спирт (СН3ОН), и химическая комплементарность его, так же как и действие на живые организмы, становится иной. Аналогичные, хотя и более сложные, изменения происходят и при модификациях структуры биомолекул.  

Химические свойства молекул определяются главным образом электронами валентной оболочки. В основном состоянии эти электроны, как правило, спарены, поэтому при сближении двух молекул их взаимная потенциальная энергия возрастает вследствие отталкивания электронов. Если молекула возбуждена и электроны не спарены, любая посторонняя система с неспаренными электронами может вступить во взаимодействие с ней, как только начнут перекрываться волновые функции неспаренных электронов. Кроме того, возбужденный электрон обычно находится на орбитали, энергия которой выше уровня невозбужденного электрона, и поэтому менее прочно связан с ядром молекулы, благодаря чему его легче оторвать от молекулы электрофильным реагентом. Возбужденные электроны занимают, как правило, разрыхляющие орбитали. Следовательно, атомы в возбужденной молекуле связаны менее прочно, чем в невозбужденной, и при различного типа столкновениях возбужденные молекулы легче разрушаются.  

Химические свойства молекул определяются валентными электронами, число которых, особенно в случае молекул, содержащих атомы тяжелых элементов, составляют лишь небольшую долю общего числа электронов системы. Поэтому желательно задачу расчета молекулы сформулировать так, чтобы в ней рассматривалась только система валентных электронов. Трудность состоит в том, что надо учитывать не только поле (кулоновское и обменное), создаваемое электронами внутренних оболочек, но и требование ортогональности (в общем случае линейной независимости) орбиталей валентных и внутренних оболочек.  

Химические свойства молекул почти так же сильно зависят от геометрии молекулы, как и от энергии связей в ней. Особенно это относится к биологически активным соединениям. Какая из конкурирующих реакций окажется преобладающей, зачастую полностью определяется пространственными факторами, которые в свою очередь зависят от конфигурации исходных молекул. Молекула с неудобной конфигурацией может вообще не вступать в реакцию, тогда как другая молекула, того же химического состава, но с иной гео: метрией, может прореагировать мгновенно. Многие биологические процессы, которые наблюдаются при росте и размножении, связаны с геометрическими соотношениями ключа и замка между исходными веществами и продуктами реакции. Более того, действие многих новых лекарств основано на том, что по строению молекул они аналогичны молекулам какого-нибудь соединения, вредного для организма человека с биологической точки зрения. Такое лекарство занимает место молекулы-обидчика и затрудняет ее действие.  

Химические свойства молекул определяются не только заселенностью внешних энергетических уровней, позволяющей выделять среди молекул их наиболее реакционноспособные образования - радикалы. На химические свойства большое влияние оказывают характеристики электронного строения. С другой стороны, реагент свои электроны может разместить, в первую очередь, на НСМО молекулы, как самой энергетически выгодной из незанятых орбиталей. Поэтому последние вещества химически более активны, чем N2 и СО.  

Ныне химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением.  

Хотя химические свойства молекул, содержащих различные, изотопы разделяемого элемента, практически одинаковы, тем не менее возбуждение молекул может привести к заметным изменениям их химических свойств. Существует большое разнообразие схем, пригодных для разделения изотопов урана, основанных на селективном действии лазерного излучения. Использование в фотохимических процессах лазеров принесло с собой новые приемы и методы, которые дополнили обширный экспериментальный и теоретический материал, накопленный при работе с традиционными источниками. Различают два основных направления протекания фотохимических реакций при лазерном воздействии на молекулы. Одно из них - фотодиссоциация, происходящая, если изолированная молекула поглощает достаточное для разрыва химической связи количество лазерной энергии; в фотодиссоциацин участвует только та молекула, которая поглощает лазерное излучение. Второе направление может быть названо лазерным стимулированием химических реакций с участием двух молекул, когда молекула, поглотившая лазерную энергию, вступает в химические реакции с другими молекулами. Для всех химических процессов характерна конкуренция между равновесным и неравновесным направлениями протекания химический реакций.  

Важнейшим фактором, определяющим химические свойства молекулы, является распределение в ней электронной плотности. Характер распределения зависит от взаимного влияния атомов.  

Замещающие группы значительно влияют на химические свойства пуриновой молекулы; так, мочевая кислота легко и с количественным выходом превращается в ксантин под влиянием формамида (см. стр.  

Действительно, как хорошо известно, химические свойства молекулы не становятся более сложными при простом увеличении числа электронов молекулы; далее, в каждой сложной молекуле существуют автономные внутренние оболочки, содержащие большинство ее электронов, причем на эти последние электроны приходится большая часть энергии молекулы, хотя сами оболочки не испытывают значительных изменений при химических реакциях; существуют также химические связи, описываемые локализованными парами электронов, причем эти связи, как известно, типичны для пар химических элементов, и они в существенно меньшей степени зависят от конкретного их окружения в молекуле, в котором они оказываются. Поэтому можно сказать, что в теории разделение большой системы на малые подсистемы с последующим введением корреляционных поправок, очевидно, позволит плодотворно соединить физическую интуицию, элегантные математические методы и практические вычислительные методы.  

Короче говоря, энергии диссоциации связи - химические свойства молекул, которые можно измерить и которые можно надеяться вычислить теоретически. Энергии же связей - искусственные построения, которые вводятся как часть модели локализованных связей, цель которой состоит в том, чтобы помочь нам при расчете химических свойств молекулы. Понятно, что ни одна из этих величин не может заменить другую.  

Эта интерпретация основывается на положении, что химические свойства молекулы зависят от строения ее внешней электронной оболочки.  

В настоящее время все разделяют убеждение, что химические свойства молекулы больше всего определяются природой составляющих ее атомов и порядком их взаимосвязи - химическим строением молекулы. Мне кажется не менее обоснованным и допущение, что при различиях в геометрическом расположении химически структурно-идентичных молекул, могут возникнуть некоторые различия в их форме и величине, а как следствие должны появиться прежде всего различия в физических свойствах.  

Конечно, проблема сопоставления свойств волновой функции с чисто химическими свойствами молекулы не характерна именно для методов ССП; она относится в большей или меньшей степени ко всем типам волновых функций.  

Все эти новые представления основаны на том, что химические свойства молекул связаны со строением ее внешней электронной оболочки. В настоящее время электронную оболочку характеризуют плотностью ее заряда; эта плотность способна к перераспределению под влиянием разных факторов.