Molekula

Rozbalit box

Obsah boxu

Molekula (z latinského moles, "hmota", s zdrobnělinou -cula) je elektricky neutrální částice tvořená dvěma nebo více atomy, které jsou navzájem spojeny chemickými vazbami. [1] Molekuly představují nejmenší částice sloučeniny nebo prvku, které si ještě zachovávají jeho charakteristické chemické vlastnosti. [2]

Složení molekuly se popisuje pomocí chemického vzorce. Například molekula vody má vzorec H₂O, což znamená, že je tvořena dvěma atomy vodíku (H) a jedním atomem kyslíku (O). Studium vlastností, struktury a reaktivity molekul je ústředním předmětem chemie.

-

📜 Historie a vývoj konceptu

Myšlenka, že se hmota skládá z malých, neviditelných částic, sahá až do starověkého Řecka k filozofům Leukippovi a Démokritovi, kteří zavedli pojem atom. Jejich teorie však byla čistě filozofická.

Moderní koncept molekuly se začal formovat na počátku 19. století v souvislosti s rozvojem atomové teorie.

John Dalton (1803) oživil atomovou teorii, ale ještě nerozlišoval mezi atomy a molekulami.
Amedeo Avogadro (1811) jako první jasně formuloval hypotézu, že plyny se skládají z částic, které nazval "molekuly", a že i prvky (jako kyslík nebo vodík) mohou existovat ve formě dvouatomových molekul (O₂, H₂). Jeho práce však byla po desítky let ignorována^[1].
Stanislao Cannizzaro (1860) na prvním mezinárodním chemickém kongresu v Karlsruhe přesvědčivě obhájil Avogadrovu hypotézu, což vedlo k jejímu všeobecnému přijetí a sjednocení pohledu na atomy a molekuly^[2].

Ve 20. století umožnil rozvoj kvantové mechaniky a moderních analytických metod (jako rentgenová krystalografie) detailně popsat povahu chemických vazeb, tvar a strukturu molekul.

⚛️ Složení a struktura

Chemické vazby

Atomy v molekule jsou drženy pohromadě silami zvanými chemické vazby. Vznikají sdílením nebo přenosem elektronů mezi atomy. Hlavní typy vazeb v molekulách jsou:

Kovalentní vazba: Nejběžnější typ vazby v molekulách. Vzniká, když dva atomy sdílejí jeden nebo více párů elektronů. Podle počtu sdílených párů rozlišujeme vazbu jednoduchou (např. H-H v H₂), dvojnou (O=O v O₂) a trojnou (N≡N v N₂).
Polární kovalentní vazba: Zvláštní případ kovalentní vazby mezi atomy s rozdílnou elektronegativitou. Sdílené elektrony jsou přitahovány více k atomu s vyšší elektronegativitou, čímž na něm vzniká částečný záporný náboj (δ-) a na druhém atomu částečný kladný náboj (δ+). Příkladem je vazba O-H ve vodě.

Tvar molekul (Geometrie)

Atomy v molekule nejsou uspořádány náhodně, ale zaujímají specifickou trojrozměrnou strukturu. Tvar molekuly je dán délkami vazeb a úhly mezi nimi. Je klíčový pro její fyzikální a chemické vlastnosti. Například molekula vody (H₂O) má lomený tvar, zatímco molekula oxidu uhličitého (CO₂) je lineární. Tvar molekul lze předpovídat pomocí teorie VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), která říká, že elektronové páry v obalu centrálního atomu se snaží být co nejdále od sebe.

📖 Typy molekul

Molekuly lze klasifikovat podle různých kritérií.

Podle počtu atomů

Dvouatomové molekuly: Tvořené dvěma atomy. Mohou to být molekuly prvků (např. kyslík O₂, dusík N₂, chlor Cl₂) nebo sloučenin (např. oxid uhelnatý CO, chlorovodík HCl).
Tříatomové molekuly: Tvořené třemi atomy (např. voda H₂O, oxid uhličitý CO₂, ozon O₃).
Víceatomové (polyatomové) molekuly: Tvořené velkým počtem atomů. Většina organických sloučenin spadá do této kategorie (např. methan CH₄, ethanol C₂H₅OH).

Podle typu atomů

Molekuly prvků (homonukleární): Skládají se pouze z atomů jednoho chemického prvku. Příkladem jsou O₂, N₂, O₃ (ozon) nebo S₈ (síra).
Molekuly sloučenin (heteronukleární): Skládají se z atomů dvou nebo více různých prvků. Příkladem jsou H₂O, CO₂, CH₄.

makromolekuly a polymery

Zvláštním a velmi důležitým typem jsou makromolekuly, což jsou obrovské molekuly tvořené tisíci až miliony atomů. Často se skládají z opakujících se stavebních jednotek (monomerů) a nazývají se pak polymery. Makromolekuly jsou základem živé hmoty i mnoha moderních materiálů.

Přírodní makromolekuly: bílkoviny, nukleové kyseliny (DNA, RNA), polysacharidy (celulóza, škrob).
Syntetické polymery: Plasty jako polyethylen, polyvinylchlorid (PVC) nebo nylon.

Polarita molekul

Na základě rozložení elektrických nábojů v molekule rozlišujeme:

Nepolární molekuly: Mají symetrické rozložení elektrického náboje. Nemají kladný a záporný pól. Příkladem jsou O₂, N₂, CH₄.
Polární molekuly: Mají nesymetrické rozložení náboje v důsledku polárních kovalentních vazeb a asymetrického tvaru. Molekula jako celek má kladný a záporný pól (tvoří dipól). Příkladem je voda (H₂O). Polarita molekul zásadně ovlivňuje jejich vlastnosti, například rozpustnost (platí pravidlo "podobné se rozpouští v podobném").

🔬 Vztah mezi molekulami a látkami

Vlastnosti látky, které pozorujeme v makroskopickém světě (např. teplota tání, teplota varu, viskozita, rozpustnost), jsou dány vlastnostmi a vzájemným působením jejích molekul.

V plynech jsou molekuly daleko od sebe a pohybují se chaoticky a téměř nezávisle.
V kapalinách jsou molekuly blízko u sebe a jsou vázány slabými mezimolekulovými silami (např. vodíkovými můstky ve vodě). Mohou se však po sobě volně posouvat.
V pevných látkách (molekulových krystalech) jsou molekuly uspořádány v pevné krystalové mřížce a mohou pouze kmitat kolem svých rovnovážných poloh.

💡 Pro laiky

Představte si, že atomy jsou jako jednotlivá písmenka abecedy. Samotná písmenka toho moc neznamenají. Když ale začnete písmenka spojovat dohromady, vytvoříte slova. A právě tato slova jsou molekuly.

Stejně jako slovo je nejmenší část řeči, která nese nějaký význam, molekula je nejmenší část látky, která si zachovává její vlastnosti. Například nejmenší kousíček vody, který je stále vodou, je jedna molekula H₂O. Kdybyste ji rozbili dál, už by to nebyla voda, ale jen samostatná "písmenka" – dva vodíky a jeden kyslík.
"Pravidla", která říkají, jak se písmenka mohou spojovat, aby vytvořila slovo, jsou jako chemické vazby.
Některá slova jsou krátká (např. "a", "s"), což jsou jako malé, dvouatomové molekuly (např. O₂).
Jiná slova jsou dlouhá a složitá (např. "nejneobhospodařovávatelnějšími"), což jsou jako obrovské makromolekuly (např. bílkoviny nebo DNA, které jsou jako celé věty nebo odstavce).

Stejně jako písmenka tvoří slova a slova tvoří celý svět literatury, tak atomy tvoří molekuly a molekuly tvoří celý svět kolem nás – od vody, kterou pijeme, přes vzduch, který dýcháme, až po buňky v našem těle.

Reference

↑ Amedeo Avogadro. Britannica.
↑ Stanislao Cannizzaro. Britannica.

[1] Amedeo Avogadro. Britannica.

[2] Stanislao Cannizzaro. Britannica.

[1]

[2]