במשך אלפי שנים, מדענים חשבו על תעלומת החיים - כלומר, מה נכנס ליצירתם? על פי רוב התרבויות העתיקות, החיים וכל הקיום היו מורכבים מהיסודות הבסיסיים של הטבע - כלומר אדמה, אוויר, רוח, מים ואש. עם זאת, עם הזמן, פילוסופים רבים החלו להעלות את התפיסה שכל הדברים מורכבים מדברים זעירים, בלתי ניתנים לחלוקה, שלא ניתן היה ליצור או להרוס (כלומר, חלקיקים).
עם זאת, זו הייתה תפיסה פילוסופית ברובה, ורק עם הופעתה של תורת האטום והכימיה המודרנית החלו מדענים להניח שחלקיקים, כשהם משולבים, מייצרים את אבני הבניין הבסיסיות של כל הדברים. מולקולות, הם כינו אותן, לקוחות מהמילה הלטינית 'שומות' (שפירושה 'מסה' או 'מחסום'). אבל בשימוש בהקשר של תורת החלקיקים המודרנית, המונח מתייחס ליחידות מסה קטנות.
הַגדָרָה:
לפי ההגדרה הקלאסית שלה, מולקולה היא החלקיק הקטן ביותר של חומר ששומר על התכונות הכימיות והפיזיקליות של אותו חומר. הם מורכבים משני אטומים או יותר, קבוצה של אטומים דומים או שונים המוחזקים יחד על ידי כוחות כימיים.
התרשמות האמן ממולקולות אורגניות פשוטות ומורכבות (המכילות פחמן) שנמצאו בחלל. קרדיט: IAC/NASA/NOAO/ESA/Hubble Helix Nebula Team/M. Meixner/STScI/T.A. רקטור/NRAO
הוא עשוי להיות מורכב מאטומים של יסוד כימי בודד, כמו עם חמצן (O2), או מיסודות שונים, כמו עם מים (H2O). כמרכיבים של חומר, מולקולות נפוצות בחומרים אורגניים (ולכן ביוכימיה) והן המאפשרות אלמנטים מעניקי חיים, כמו מים נוזליים ואטמוספרות נושמות.
סוגי איגרות חוב:
מולקולות מוחזקות יחד על ידי אחד משני סוגי קשרים - קשרים קוולנטיים או קשרים יוניים. קשר קוולנטי הוא קשר כימי הכרוך בשיתוף של זוגות אלקטרונים בין אטומים. והקשר שהם יוצרים, שהוא תוצאה של איזון יציב של כוחות משיכה ודחייה בין אטומים, מכונה קשר קוולנטי.
קשר יוני, לעומת זאת, הוא סוג של קשר כימי הכרוך במשיכה אלקטרוסטטית בין יונים בעלי מטען הפוך. היונים המעורבים בסוג זה של קשר הם אטומים שאיבדו אלקטרונים אחד או יותר (הנקראים קטיונים), ואלה שצברו אלקטרונים אחד או יותר (הנקראים אניונים). בניגוד לקוולנטיות, העברה זו מכונה אלקטרווולנס.
בצורות הפשוטות ביותר, מתרחשים קשרים בין אטום מתכת (כקטיון) לאטום לא מתכתי (האניון), מה שמוביל לתרכובות כמו נתרן כלוריד (NaCl) או תחמוצת ברזל (Fe²O³) - aka. מלח וחלודה. עם זאת, ניתן לבצע גם הסדרים מורכבים יותר, כגון אמוניום (NH4+) או פחמימנים כמו מתאן (CH4) ואתאן (H³CCH³).
תרשים של מולקולת מים, המורכבת משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד. קרדיט: britannica.com
תולדות המחקר
מבחינה היסטורית, התיאוריה המולקולרית ותאוריית האטום שלובות זו בזו. האזכור המתועד הראשון של חומר המורכב מ'יחידות דיסקרטיות' החל בהודו העתיקה, שם מתרגלי הג'יניזם דגלו ברעיון שכל הדברים מורכבים מאלמנטים קטנים בלתי ניתנים לחלוקה שהשתלבו ויצרו עצמים מורכבים יותר.
ביוון העתיקה, הפילוסופים לאוקיפוס ו דמוקריטוס טבע את המונח 'אטמוס' כאשר מתייחסים ל'חלקים הקטנים ביותר הבלתי ניתנים לחלוקה של החומר', שממנו אנו שואבים את המונח המודרני אטום.
ואז בשנת 1661, חוקר הטבע רוברט בויל טען בחיבור על כימיה - שכותרתו ' הכימיסט הספקן '- החומר הזה היה מורכב משילובים שונים של 'גופיות', ולא אדמה, אוויר, רוח, מים ואש. למרות זאת. תצפיות אלו היו מוגבלות לתחום הפילוסופיה.
זה היה רק בסוף המאה ה-18 ותחילת המאה ה-19 כאשר אנטואן לבואזיה חוק שימור המסה ושל דלתון חוק הפרופורציות המרובות הביא אטומים ומולקולות לתחום המדע הקשה. הראשון הציע כי יסודות הם חומרים בסיסיים שאינם ניתנים לפירוק נוסף בעוד שהאחרון הציע שכל יסוד מורכב מסוג יחיד וייחודי של אטום ושאלה יכולים להצטרף יחד ליצירת תרכובות כימיות.
אטומים ומולקולות שונים כפי שמתוארים ב'מערכת חדשה לפילוסופיה כימית' של ג'ון דלטון (1808). קרדיט: תחום ציבורי
ברכה נוספת הגיעה בשנת 1865 כאשר יוהאן יוזף לושמידט מדד את גודל המולקולות המרכיבות את האוויר, ובכך נתן תחושת קנה מידה למולקולות. המצאת מיקרוסקופ המנהור הסריקה (STM) בשנת 1981 אפשרה צפייה ישירה באטומים ובמולקולות גם בפעם הראשונה.
כיום, מושג המולקולות שלנו משתכלל עוד יותר הודות למחקר מתמשך בתחומי הפיזיקה הקוונטית, כימיה אורגנית וביוכימיה. וכאשר מדובר בחיפוש אחר חיים בעולמות אחרים, הבנה של מה צריך מולקולות אורגניות כדי לצאת מהשילוב של אבני בניין כימיות, היא חיונית.
כתבנו מאמרים מעניינים רבים על מולקולות עבור היקום היום. הנה ייתכן שמולקולות מהחלל השפיעו על החיים על פני כדור הארץ , מולקולות פרה-ביוטיות עשויות להיווצר באטמוספירות של כוכבי לכת , מולקולות אורגניות שנמצאו מחוץ למערכת השמש שלנו , מולקולות פרה-ביוטיות 'אולטימטיביות' שנמצאו בחלל הבין-כוכבי .
למידע נוסף, בדוק אנציקלופדיה בריטניקה הדף של מולקולות.
הקלטנו גם פרק שלם של אסטרונומיה על מולקולות בחלל. תקשיב כאן, פרק 116: מולקולות בחלל .
מקורות: