分子 - パスト＆プレゼント

分子とは何か、どのように分類され、その性質があるのかを説明します。また、その特徴と例は何ですか。

分子とは何ですか?

分子は、同じ化学元素または複数の化学元素に属する、電気的に中性で構造化され相互に関連する原子のセットです。たとえば、二水素分子 (H ₂ ) は水素原子のみで構成されていますが、メタン分子 (CH ₄ ) は 1 つの炭素原子と 4 つの水素原子で構成されています。

これらのセットは、化学結合と呼ばれる原子間引力のおかげで形成され、これにより、原子で構成される構造が形成され、原子が個別に存在するよりも安定します。

分子を定義するために使用されているが、一部の科学者には受け入れられないもう 1 つの方法は、化学物質を分割できる物理的および化学的特性を保持している最小部分であるというものです。この定義によれば、ヘリウム（He）のように単一の原子から構成される分子が存在します。

特定の物質の性質は、それを構成する分子の性質によって決まります。したがって、物質の分子の構造とそれらの間の相互作用の強さは、それが固体（分子間の分離が少ない）、液体（中程度の分離）、または気体（大きな分離）であるかによって異なります。

同様に電気的に中性の原子のセットで構成されているが、分子ではない化合物は他にもあります。その中には、地球を構成する鉱物、イオン (塩) または共有結合の結晶、およびその他の同様の物質 (ガラスや金属など) があります。つまり、ガラス、鉄、アルミニウムの分子をそれ自体として語ることはできません。

物質が結合した不可分な粒子で構成されているという考えは、哲学者デモクリトスが提案した古代ギリシャと同じくらい古いものです。

しかし、科学用語での原子仮説は 1803 年に初めて提案され、英国の化学者ジョンダルトンは物質が分子と呼ばれる原子の安定した結合から形成されることを検証しました。

原子やそのような分子の性質は、トンプソンやラザフォードなどの後の科学者によってさらに深く研究され、現代の化学の基礎を築きました。

技術が進歩し、原子および分子構造のより詳細な研究が可能になるにつれて、分子の定義は変化しました。

分子はいくつかの基準に従って分類できます。構造のサイズと複雑さに応じて、次のように分類されます。

個別の分子。それらは、異なる元素または同じ元素のいずれかで定義された数の原子を持ち、その構造内の原子の数に従って順番に分類できます。したがって、単原子分子 (1 つの原子)、二原子分子 (2 つの原子)、三原子分子 (3 つの原子)、四原子分子 (4 つの原子) などがあります。たとえば、二窒素 (N ₂ ) は二原子分子です。
高分子とポリマー。これらは大きな分子鎖であり、より単純な分子の繰り返しで構成され、相互に結合して、新しく特定の特性を備えた広範囲かつ複雑な配列を実現します。これらの巨大分子は、生命の化学の発展の鍵となります。たとえば、DNA やタンパク質などです。

すべてのポリマーは高分子ですが、すべての高分子がポリマーであるわけではないことを明確にすることが重要です。ポリマーは、構造全体にわたって繰り返されるモノマーと呼ばれる単純な分子単位で構成される高分子です。一方、巨大分子は、繰り返しモノマー単位を持っている場合も持っていない場合もある大きな分子です。

極性 (分子構造における電荷の分離) に従って、次のように分類されます。

極性分子。それらは異なる電気陰性度を持つ原子で構成されています。電子はより電気陰性度の高い原子に向かって移動し、その原子には負の電荷密度が発生し、もう一方の原子には正の電荷密度が発生します。この分子上の電荷の分離により、電気双極子が形成されます。つまり、分子は特定の電荷を持ったままになります。たとえば、水（H ₂ O）です。
非極性分子。それらの原子は同一の電気陰性度を持ち、原子核への電子の引力に関する不平等はありません。これらの分子は、電子の不均等な分布に伴う電荷を持っていません。たとえば、酸素分子（O ₂ ）です。

主な構造の主要な化学元素に従って、それらは次のように分類されます。

有機分子。その主な構造は炭素原子に基づいています。それらは生活に欠かせないものです。例えば、メタン（CH ₄ ）やアミノ酸（タンパク質の構成成分）などです。
無機分子。その主な構造は炭素に基づいていません。構造中に炭素原子を含む無機分子も存在することを明確にすることが重要ですが、これはそれらの主要な要素ではありません。たとえば、一酸化炭素 (CO) やアンモニア (NH ₃ ) です。

分子の主な特性は次のとおりです。

極性。電子は電気陰性度の高い原子に引き寄せられるため、これは分子構造上の電荷の分離です。極性の中点は常に存在しますが、極性物質は極性物質に溶解し、非極性物質は非極性物質に溶解するため、この特性は物質の溶解度を理解するための基本です。
融解温度。固体が液体に変化する温度。この特性は分子のサイズに依存します。
沸騰温度。液体の蒸気圧が周囲の圧力と等しくなり、液体が気体に変化する温度。この特性は、分子のサイズだけでなく、その幾何学的形状や他の分子との相互作用にも依存します。
音量。分子は空間内で一定の体積を占めます。
化学反応性。分子は、それを形成する原子、構造の幾何学形状、および分子が存在する外部条件に応じて、多かれ少なかれ反応性を示します。
異性化。 2 つの分子は、各種類の原子が同量含まれている場合に異性性を持ちますが、それぞれの原子の配置は異なります。つまり、同じ数と種類の原子を持っているにもかかわらず、異なる化学構造を持っています。