מולקולות, כלומר קבוצות של אטומים המחוברים יחד בקשר כימי, הן גופים קטנים ביותר: וזה מפני שקוטרו של אטום הוא בסדר גודל של אנגסטרמים – כלומר 0.0000000001 המטר, או עשירית של מיליונית של מילימטר – גודל קטן לכל הדעות. מכאן ברור שאי אפשר לראות אטומים ומולקולות בעיניים, ואפילו לא במיקרוסקופ.
היישומון שלפנינו מציג בצורה ברורה צורות של מולקולות פשוטות המורכבות מאטום מרכזי שאליו קשורים אטומים אחרים (דוגמה למולקולה פשוטה כזו היא מולקולת המים, שבה שני אטומי מימן מחוברים לאטום חמצן אחד). היישומון מציג את המבנה התלת-ממדי של המולקולה, את הזוויות בין האטומים שלה ואת השם של הצורה המרחבית של המולקולה. מדובר בכלי שימושי מאוד למי שלומד על צורות של מולקולות בתיכון ובאוניברסיטה. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה למטה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
יישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
לפני שנתחיל, בואו נגדיר שני מושגי יסוד:
קשר כימי קוולנטי: קשר שנוצר בין שני אטומים, שמשתפים ביניהם אלקטרונים הנמצאים בקליפתם החיצונית (זו גם משמעות השם). אם כל אטום משתף אלקטרון בודד, הקשר מוגדר קשר יחיד; אם כל אטום משתף שני אלקטרונים, זהו קשר כפול; ואם כל אטום משתף שלושה אלקטרונים, הקשר הוא קשר משולש. כשמציירים מבנה של מולקולות נהוג לצייר קשר כימי כקו (קו בודד לקשר בודד, קו כפול לקשר כפול וכן הלאה). זו גם צורך הסימון שמופיעה ביישומון.
אם הנושא חדש לכם או אינו ברור מספיק, אתם מוזמנים לצפות בסרטון המסביר על הקשר הקוולנטי.
צמד אלקטרונים בלתי קושר: גם אלקטרונים שנמצאים בקליפה החיצונית של האטומים ואינם משתתפים בקשרים בקשר כימי, עדיין משפיעים על מבנה במולקולה. זה קורה מכיוון שכל הקשירה הכימית נעשית על ידי אלקטרונים, ומכיוון שאלקטרונים מפעילים זה על זה כוח דחייה חשמלי. בשל כך צמד אלקטרונים בלתי קושר מסוגל לדחות ולהרחיק אטומים אחרים. ביישומון, צמד אלקטרונים בלתי קושר מסומן כ"צמד בודד".
אם הנושא חדש לכם או לא ברור מספיק, אתם מוזמנים לקרוא את ההסבר בכתבה על הגורמים הקובעים את המבנה המרחבי של מולקולות.
היישומון נפתח עם מולקולה המורכבת משלושה אטומים – אטום מרכזי אחד (בסגול) ושני אטומים לבנים משני צדדיו. שימו לב שאתם יכולים לסובב את המולקולה באמצעות לחיצה על המקש השמאלי של העכבר על המולקולה והזזת העכבר.
כעת נבנה מולקולות בעצמנו. ראשית נלחץ על הכפתור "הסר הכל" בצד ימין, כדי לקבל אטום נקי מקשרים. כיוון שאנו רוצים גם לדעת את שם הצורה שנגלה, נסמן V על האפשרויות בצד שמאל למטה ("שם צורה גיאומטרית").
כדי להוסיף למולקולה קשרים יש ללחוץ על סוג הקשר שרוצים להוסיף לה (בצד ימין למעלה), כל לחיצה מוסיפה עוד אטום לקשר, עד למספר מרבי של שישה אטומים, אפשר גם להסיר קשרים שהוספנו בלחיצה על האיקס האדום שמימין לציור הקשרים. שימו לב איך משתנה הצורה הגיאומטרית ככל שנוספים אטומים למולקולה.
אפשר להוסיף למולקולה גם זוגות (צמדים) של אלקטרונים בלתי קושרים ולראות איך הם משפיעים על הצורה. רואים שגם האטומים שנקשרים לאטום המרכזי וגם זוגות האלקטרונים דוחים זה את זה – ומעדיפים לתפוס את המרחק המקסימלי האפשרי זה מזה.
בצד ימין במרכז אפשר להציג גם את הזווית בין האטומים – האפשרות הזאת זמינה רק אם אכן קיימת זווית, כלומר יש לפחות שלושה אטומים במולקולה.
למתקדמים – נסו ליצור את הצורות של המולקולות הבאות – מים (H2O), שמכילים אטום מרכזי, שני אטומים מחוברים (מימן, H) ושני זוגות בלתי קושרים; אמוניה (NH3), שמכילה אטום מרכזי אחד (חנקן, N), שלושה אטומים של מימן מסביב וזוג אלקטרונים בלתי קושר אחד; מתאן (CH4), שאינו מכיל אלקטרונים בלתי קושרים; פחמן-דו-חמצני (CO2) שמורכב מפחמן (C) שקשור בקשר כפול לשני אטומי חמצן; ולבסוף צרו את מבנה המולקולה של אורניום-שש-פלואורי (UF6) – גז שמשמש ל"העשרת" אורניום (אני מניח שבימים אלה מכירים באירן הרבה מתכונותיו...). אטום האורניום מוקף בשישה אטומי פלואור.
למען הדיוק המדעי יש לציין שהיישומון מאפשר לבנות גם מולקולות שאינן יכולות להתקיים במציאות – למשל אטום המוקף שישה אטומים, שכל אחד מהם קשור אליו בקשר משולש (אין דבר כזה בטבע).
