Jak wygląda cząsteczka?

    Nie wiem, czy ktoś w dzisiejszych "nowoczesnych" czasach zadaje sobie jeszcze takie pytania. Może historia zatoczyła wielkie koło i wróciliśmy do czasów, gdy dla "przeciętnego człowieka" ważniejsze są najróżniejsze inne sprawy, a pytania "o naturę wszechrzeczy" pozostawiamy "jajogłowym". Ale ad rem...

    Czy pytanie o "wygląd" cząsteczki ma jakikolwiek sens? Czy może jest z tym "wyglądem" tak, jak z kolorem atomów? Wszyscy (??) pamiętamy ten szkolny przykład: węgiel w postaci grafitu jest czarny, w postaci diamentu - bezbarwny. Czy można zapytać o kolor atomu węgla? Chyba nie... Ten przykład wskazuje, że barwa substancji jest tu tzw. własnością kolektywną - pojawiającą się w wielkim skupisku atomów tworzących kryształ. Jak to jest więc z tym "wyglądem" cząsteczki? Co to znaczy, że coś ma "wygląd"? To opis sposobu odbicia i rozproszenia światła przez dany przedmiot. A cząsteczka jest stanowczo za mała, żeby tak po prostu odbijać lub rozpraszać światło. Fale świetlne mają długość rzędu 400 - 800 nm, cząsteczki mają rozmiary rzędu pojedynczych nanometrów lub nawet ułamków nanometra. Dlatego należy raczej mówić o zobrazowaniu cząsteczki. Czyli przedstawieniu jej budowy za pomocą modelu opartego o różne pomiary fizyczne. Od dawna są w użyciu różne modele cząsteczek - z tworzyw sztucznych, metalu, a nawet, po prostu, z plasteliny, zapałek i kartonu. Od kilku lat każdy użytkownik komputera osobistego ma do dyspozycji jeszcze jedną możliwość: modele generowane przez wyspecjalizowane programy komputerowe.

    Jednym z ciekawszych programów tego typu jest Chime, którego bezpłatną wersję pobrać można z Internetu i zainstalować jako tzw. wtyczkę (plug in) do Internet Explorera. Chime pozwala wyświetlać na wiele sposobów budowę cząsteczek, których matematyczny model opracowano na podstawie pomiarów fizycznych lub obliczono za pomocą programów takich jak np. CAChe. Opis cząsteczki, w postaci pliku o rozszerzeniu .pdb lub .mol zawiera przede wszystkim współrzędne położenia w przestrzeni jąder atomów wchodzących w skład cząsteczki, ponadto rodzaje tych atomów i ich wzajemne połączenia. Do najprostszych przykładów należy model cząsteczki wody. Oto listing pliku H2O.pdb:

        HETATM 1 O1   -0.026   0.196   0.000

        HETATM 2 H2   0.015   1.137   0.000

        HETATM 3 H3   0.875   -0.079   -0.000

        CONECT 1 2 3

        CONECT 2 1

        CONECT 3 1

        END

    A jak wygląda na ekranie komputera taka cząsteczka? To zależy od wybranego sposobu zobrazowania cząsteczki.

model "prętowy"

model "drutowy" ("ramowy")

model "kulkowy"

model "czaszowy"

    A jak "naprawdę wygląda" cząsteczka wody? Chyba najbliższy prawdzie jest tzw. model powierzchni cząsteczkowej. Model ten jest najbardziej zbliżony do wyników badań cząsteczek najnowocześniejszymi metodami np. za pomocą tzw. skaningowego mikroskopu sił atomowych.

    I pomyśleć, że kiedyś wystarczył zwykły wzór H2O... :))

Opracował: MW 2002