Молекула құрылысы және спектрлері

Заттың негізгі химиялық қасиеттерін сақтайтын және өз алдына «өмір сүре» алатын ең кішкене бөлшегін молекула дейміз. Молекула өзара химиялық байланыспен қосылған бірдей немесе әр түрлі атомдар системасы. Молекулада екі немесе одан да көп атомдар бола алады. Мысалы, Н2, О2, СО2, СН4 және т. б. Молекуладағы атомдар саны өскен сайын оның мөлшері өсе береді. Молекула өзара химиялық байланыспен қосылған бірдей немесе ядроларының барлық заряды барлық электрондардың зарядына тең. Электрондар молекулада белгілі бір күйде электрондық бұлт түзіп, ядролардың айналасында қозғалады. Молекулаға енетін атомдардың ішкі электрондық қабықтарындағы электрондар көп өзгеріске ұшырамайды. Негізінен молекуланың химиялық және физикалық қасиеттерін анықтайтын сыртқы қабықта орналасатын валенттік электрондар. Атомдар жақындасып молекула түзгенде валенттік электрондар бір-бірімен әрекеттесіп химиялық байланыс түзеді. Молекуланың беріктігі атомдардын өзара байланысымен анықталады. Атомдар ядролары белгілі бір ара қашықтыққа келгенде, олардың арасында өзара тартылыс күші Ғтр, ал өте жақын келгенде өзара тебіліс күші Ғтб пайда болады (4.1-сурет). Белгілі бір r0 қашықтықта екі күш бір-бірін теңгеріп, қорытқы күш Ғ=0. Бұл жағдай екі атом үшін өзара әрекетінің потенциалдық энергиясының ең минимум мәніне U0-гe сәйкес келеді. r0 қашықтық-байланыс ұзындығы, D энергия, молекула құрайтын атомдардың байланыс энергиясы немесе атомдарды ажырату үшін керек диссоциация энергиясы деп аталады. Диссоциация энергиясы теріс шама, ал атомдар молекула құраған кездегі бөлінетін энергия оң шама. Молекуланың тұрақтылығы, беріктігі айтылған диссоциация энергиясына, химиялық активтігі де осыған байланысты болады. Молекула құрайтын атомдар арасындағы байланыс екі түрге бөлінеді. Молекуладағы бір атом ядросының айналасында электрондар саны көп болып, екіншісінің айналасында электрондар аз болып жіктелуі мүмкін. Сөйтіп молекула әр түрлі таңбалы (оң және теріс), бір-біріне тартылатын екі ионнан тұрады. Байланыстың мұндай түрін гетерополярлық немесе иондық байланыс деп атаймыз. Мысалы, NaCl, КСl - хлорлы калийде калий өзінің сыртқы қабықтағы валенттік бір электронын хлорға беріп оң зарядты ион, ал хлор бір электрон алып теріс ионға айналады. Сөйтіп пайда болған иондық молекуланы электрлік диполь ретінде қарастыруға болады. Иондардың ара қашықтығы, яғни байланыс ұзындығы rо=1,3∙10-10 м.
Байланыстың екінші түрі гомеополярлық немесе коваленттік байланыс деп аталады. Бұл байланыс кезінде электрондардың бір бөлегі екі ядроны да айнала қозғалады. Байланыс, қарама-қарсы бағытталған спиндері бар қос электрондар арқылы болады (4.2-сурет). Коваленттік байланыс, бірдей ядролары бар атомдар Н2, О2, N2 және т. с. с. және әр түрлі ядролы атомдар арасындз (NО, НҒ, СН4 және т. с. с.) бола береді. Бірінші аталған (Н2, О2, N2) молекулаларда электрондар симметриялы жіктеледі, ал екінші түрлерінде