¿Cómo determinan los químicos la composición química exacta de una molécula, sin microscopios lo suficientemente poderosos para ver átomos individuales?

Answer 1

La química tiene una propiedad, donde algunos x moles de material 1 reaccionan con algunos y moles de material 2, produciendo z moles de producto. Esto se puede convertir en masa (de S quemado, H2SO4 reaccionado o gas CO2 expulsado o CaCO3 precipitado) en gramos, kg o mg. Por lo tanto, solo a partir del cambio de masa de reactivos individuales (quema, reacción, precipitación) se pueden calcular relaciones / cantidades moleculares de átomos en el producto (s) formado. En segundo lugar vienen toneladas de mecánica cuántica y matemáticas (teorías orbitales), que determinan las formas generales de las moléculas: cómo vuelan los electrones y cuál es la forma general de un compuesto molecular: ¡sic! teniendo la energía más baja (por ejemplo, CH4 o SO4 2-es tetrágono, el agua se dobla, el eteno es lineal). Algunas de estas propiedades permanecen después de la reacción, por lo que se pueden determinar las formas moleculares de los productos. Quiero decir, Na2SO4 sería un tetrágono más dos iones Na + en todo el lugar, pero más cerca de los átomos de O (debido a las cargas electrostáticas). En tercer lugar, la cristalografía se puede usar para encontrar una disposición precisa de los átomos en el cristal periódico, si es posible cristalizar el material: sales, metales, proteínas, etc. Para esto, busque los experimentos de Laue (premio Nobel en ca. 1920) y la cristalografía general.

Answer 2

Para las moléculas simples es bastante fácil: solo vea qué elementos debe agregar y en qué proporción para hacer el compuesto, y luego hágalo pasar por un espectrómetro de masas para ver cuántos de cada uno están en una molécula; a partir de eso, si sabes qué tipo de enlaces pueden hacer esos átomos entre sí, puedes adivinar cómo se ve la molécula con gran detalle. Hay muchas otras herramientas experimentales si quedan dudas.

Para moléculas grandes y complicadas, como las proteínas, es bastante fácil averiguar qué parte de lo que hay por molécula (¡simplemente rascarlas!), Pero cómo los átomos se unen y en qué estructura (s) geométrica es mucho más difícil de aprender . A veces (como en el caso del ADN) tienes que recurrir a hacer cristales y luego estudiarlos con difracción de rayos X, una especie de microscopio en el espacio de momento. No hace falta decir que muchas suposiciones vienen antes de la confirmación.

Answer 3

Existen varias formas de determinar la composición exacta y la geometría de ciertas moléculas, la mayoría de ellas se utilizaron décadas antes de que se inventaran los microscopios electrónicos.

La caracterización espectral , como la espectroscopía FTIR, UV y Raman, puede indicar los grupos funcionales, los tipos de enlaces e incluso los ángulos de enlace.

La cristalografía también se usa a menudo para obtener fórmulas estructurales.

Y la reacción química simple, como las titulaciones o el uso de varios indicadores , se puede utilizar como primer paso de la caracterización.

Otras lecturas:

Espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier – Wikipedia

Espectroscopia ultravioleta-visible – Wikipedia

Espectroscopia Raman – Wikipedia

Cristalografía – Cristalografia

Answer 4

La especificación de la masa es lo más importante. Obtienes MW, información de fragmentos, proporciones de isótopos que dan pistas, la masa exacta dará una fórmula molecular. La RMN da # de protones, los cambios químicos dan estructura y conexiones. La cromatografía puede ayudar. Para los realmente duros, solo la síntesis verificará la estructura.