Ciències de la Naturalesa (nivell ESO)/Unions entre àtoms

Molècules

Una molècula és un grup elèctricament neutre i suficientment estable d'almenys dos àtoms en una configuració definida, units per enllaços químics molt forts (enllaços covalents).

Abans hom definia la molècula, de manera menys general i precisa, com la més petita part d'una substància que podia tenir existència independent i estable conservant encara les seves propietats físico-químiques. D'acord amb aquesta definició podien existir molècules monoatòmiques.

La paraula moderna molècula és del 1864, i és un diminutiu savi modern del llatí mōlēs, que significa "massa, volum".

Tipus de molècules

Segons el nombre d'àtoms les molècules es classifiquen en:

• Molècules discretes. Les constituïdes per un nombre ben definit i en general petit d'àtoms.
• Macromolècules o polímer. Són molècules amb una relativament alta massa molecular, la qual estructura està formada per la repetició d'unitats derivades, realment o conceptual, de molècules de relativament baix pes molecular.

Tipus d'enllaços en les molècules

En les molècules, es pot imaginar que els parells electrònics compartits mantenen units als àtoms entre si. A aquest enllaç l'anomenem enllaç covalent. Depenent de la diferència d'electronegativitat entre els àtoms, l'enllaç serà purament covalent, o presentarà certa polaritat o contribució iònica.

Les molècules rarament es troben sense interacció entre elles, excepte els gasos nobles. Així, poden trobar-se en xarxes cristal·lines, com el cas de les molècules d'H₂O en el gel o amb interaccions intenses però que canvien ràpidament de direcció, com en l'aigua líquida. L'estudi de les interaccions específiques entre molècules, incloent el reconeixement molecular és el camp d'estudi de la química supramolecular. Aquestes forces són fonamentals per a propietats com la solubilitat o el punt d'ebullició. Algunes d'elles, en ordre decreixent d'intensitat, són:

• pont d'hidrogen
• interacció dipol-dipol
• forces de Van der Waals

Cristalls

Un cristall és una forma sòlida, en la qual els constituents, ja siguin àtoms, molècules o ions, estan empaquetats de manera ordenada i amb patrons de repetició que s'estenen en les tres dimensions espacials. La cristal·lografia és l'estudi científic dels cristalls i de la seva formació.

Unitats de massa atòmica

Una Unitat de massa atòmica (u) o Dalton (Da) (en honor del químic John Dalton), correspon a una dotzena part de la massa de l'isòtop 12 del carboni. Això és aproximadament la massa d'un protó o d'un neutró. Un kiloDalton (kDa) equival a 1000 Dalton i s'usa sobretot per a macromolècules.

Es pot calcular els kg de 1u dividint un gram pel nombre d'Avogadro (N_A).

1 u = 1/N_A gram = 1/(1000 N_A) kg ≈ 1.6605402 x 10^-27 kg

El Dalton (símbol Da') fou el predecessor immediat de la u. El nom és en honor de John Dalton, en reconeixement dels seus avenços en les hipòtesis de l'estructura atòmica. La u es va definir com la 1/12 part de la massa d'un àtom de ¹²C i el Dalton es va definir com la 1/16 part de la massa d'un àtom d'Oxigen. Aquesta definició comportava certs problemes, ja que l'oxigen és una barreja dels isotops ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O en una proporció 3150:1:5, que implica globalment un nombre atòmic mitjà de 16,0035. L'adopció de la nova unitat, la u, va implicar una major exactitud.

Massa molecular i massa molar

La massa molecular és la massa d'una molècula expresada en la unitat del sistema internacional, UMA (unitat de massa atòmica).

Es pot calcular la massa molecular d'un component sumant les masses dels àtoms que la componen, tenint en compte el nombre d'àtoms de cada element químic.

Per exemple, en el cas de l'aigua (H₂O):

2 × 1,0079 u + 15,99994 u = 18,0157 u

(massa atòmica del H: 1,0079 u, massa atòmica del O: 15,99994 u)

La massa molar d'una substància és la massa d'un mol d'aquesta substància. Es mesura en la unitat g/mol. Atès que el nombre d'Avogadro és el nombre de partícules en un gas, la massa molar es pot calcular sabent la massa d'una partícula de la substància i multiplicant-la pel nombre d'Avogadro, o bé dividint la massa m de la substància pel nombre de mols n.

La massa molar d'un compost es pot trobar sumant les masses molars dels seus components. Per exemple, sabent que les masses molars de l'hidrogen, el sofre i l'oxigen són 1 g/mol, 32 g/mol i 16 g/mol, respectivament, la massa molar de l'àcid sulfúric H₂SO₄ serà:

M = 2·1 g/mol + 1·32 g/mol + 4·16 g/mol = 98 g/mol