Una molecola è composta da due o più atomi legati insieme da legami chimici. Le molecole costituiscono quasi tutto ciò che ti circonda: la pelle, gli oggetti e persino il cibo.
Hanno dimensioni variabili, ma sono estremamente piccole. Non puoi vedere una singola molecola con i tuoi occhi e nemmeno con un microscopio. Sono 100.000 volte più piccole dello spessore di un capello.
La molecola più piccola è composta da due atomi legati insieme, mentre una molecola grande può essere una combinazione di 100.000 atomi o più. Una molecola può essere una ripetizione dello stesso atomo, come le molecole di ossigeno che respiriamo, o può essere composta da una varietà di atomi, come una molecola di zucchero composta da carbonio, ossigeno e idrogeno.
Ma che aspetto hanno le molecole? Tutto inizia con i loro mattoni: gli atomi.
Gli opposti si attraggono
Le particelle di materia che compongono un atomo non sono tutte uguali. Possono avere una carica positiva, una carica negativa o nessuna carica. Gli scienziati li chiamano protoni, elettroni e neutroni.
Neutroni senza carica e protoni con carica positiva formano il centro pesante dell’atomo. Gli elettroni caricati negativamente circondano questo piccolo centro.
Quando gli atomi si avvicinano l’un l’altro per unirsi e formare molecole, gli elettroni negativi in un atomo sono attratti dai protoni positivi nell’altro e viceversa. Entrambi gli atomi si adattano di conseguenza.
Puoi paragonarlo al tentativo di scegliere un posto in una classe. Ci sono alcune regole. Ad esempio, devi rimanere in classe e non puoi sederti sopra qualcuno. Seguendo queste regole, potresti provare a sederti accanto ai tuoi amici e lontano dai tuoi nemici. Trovare la posizione perfetta in modo che tutti nella classe siano felici è simile a trovare la posizione perfetta per gli atomi in una molecola. A volte, gli atomi non riescono a trovare una felice disposizione e non si forma alcuna molecola.
Vedere l’invisibile
Se le molecole sono troppo piccole per essere viste con gli occhi o anche con un potente microscopio, come fanno gli scienziati a vederle? La risposta è che hanno sviluppato strumenti speciali per farlo.
Uno strumento utilizza i raggi X, di cui potresti essere a conoscenza poiché i medici li usano per vedere le ossa del corpo. I raggi X sono un tipo di luce che gli occhi umani non possono vedere, come la luce ultravioletta o infrarossa.
Quando gli scienziati sparano raggi X alle molecole, alcune rimbalzano. Gli scienziati possono registrare questi raggi X che rimbalzano e utilizzare i loro schemi per capire che aspetto hanno le singole molecole.
Nel 1912, una delle prime molecole viste in questo modo fu quella del sale (NaCl), la molecola che costituisce l’ingrediente che tutti conosciamo e amiamo sulle patatine fritte.
Gli scienziati hanno inventato anche altri metodi per vedere le molecole. Simile a come gli elettroni cambiano il loro comportamento quando due atomi si avvicinano, anche il centro dell’atomo può cambiare il suo comportamento. Una tecnica chiamata risonanza magnetica nucleare rileva quei cambiamenti al centro dell’atomo e li usa come indizi per determinare quali atomi si trovano nelle vicinanze.
Un microscopio a forza atomica agisce come un delicato trampolino che vibrerà al minimo movimento, simile alla sua oscillazione quando ci si cammina sopra o ci si salta. Questo trampolino è incredibilmente minuscolo, tanto da piegarsi verso il centro positivo di un atomo quando viene esercitata una carica negativa sulla sua estremità. Muovendo con cautela questo trampolino e osservandone la piegatura, è possibile rivelare la disposizione degli atomi all’interno di una molecola.
Un’altra tecnica che gli scienziati hanno sviluppato per vedere le molecole si chiama microscopia cyroelettronica. In primo luogo, gli scienziati congelano le molecole a una temperatura molto più fredda della neve o del ghiaccio. Quindi sparano elettroni alla molecola e raccolgono quelli che passano attraverso di essa per creare un’immagine della molecola. Questa tecnica ha vinto il Premio Nobel per la Chimica nel 2017.
Tutte le forme e dimensioni
Allora che aspetto hanno le molecole? Sono un raggruppamento di atomi, con il centro che contiene la maggior parte del materiale, mentre il resto è in gran parte spazio vuoto. Ogni atomo ha una posizione specifica in cui è felice, proprio come gli studenti in quella classe.
Ogni molecola è diversa. Ad esempio, il benzene è piatto come una frittella, mentre il fullerene è rotondo come una palla. Il Pinguinone può essere disegnato per assomigliare a un pinguino, mentre altre molecole sembrano completamente casuali. Ma le posizioni degli atomi in una molecola non sono mai casuali.
Mentre gli scienziati sanno che aspetto hanno molte molecole, ce ne sono alcune che stanno ancora cercando di capire. Conoscere queste risposte può portare all’invenzione di nuovi materiali e medicinali utili per l’umanità.
