¿Es posible crear cosas usando moléculas y átomos para programar como las computadoras?

Las moléculas y los átomos no se pueden programar. Son los dos tipos de partículas que forman la materia (las sustancias también pueden estar formadas por iones, como la mayoría de los óxidos y sales metálicos).

1.

Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia que puede existir de forma independiente y es relativamente estable y mantiene las propiedades físicas y químicas de la sustancia. Las moléculas están compuestas de átomos, y los átomos se combinan en moléculas en un cierto orden y disposición mediante ciertas fuerzas. Tomemos como ejemplo las moléculas de agua. Si un vaso de precipitados con agua se separa continuamente hasta que no se destruyan las características del agua, la partícula más pequeña que aparece en este momento es una molécula de agua (H2O) compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Una molécula de agua se puede dividir en dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno mediante electrólisis, pero en este momento sus propiedades son completamente diferentes a las del agua. Algunas moléculas están compuestas por un solo átomo, que se denominan moléculas monoatómicas. Las moléculas como el helio y el argón entran en esta categoría. Las moléculas compuestas por dos átomos se denominan moléculas diatómicas, como las moléculas de oxígeno (O2) y las moléculas de monóxido de carbono (CO): una molécula de oxígeno está compuesta por dos átomos de oxígeno y es una molécula diatómica homonuclear, una molécula de monóxido de carbono está compuesta por un oxígeno; átomo y compuesto por un átomo de carbono, es una molécula diatómica heteronuclear. Las moléculas compuestas por más de dos átomos se denominan colectivamente moléculas poliatómicas. El número de átomos en una molécula puede ser unos pocos, una docena, docenas o incluso miles. Por ejemplo, una molécula de dióxido de carbono (CO2) consta de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Una molécula de benceno contiene seis átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno (C6H6).

La estructura molecular implica la posición de los átomos en el espacio y está relacionada con el tipo de enlaces químicos unidos, incluida la longitud del enlace, el ángulo del enlace y el ángulo diédrico entre tres enlaces adyacentes.

La situación de enlace y la disposición espacial de los átomos en las moléculas: La estructura molecular tiene una relación decisiva con las propiedades físicas y químicas de las sustancias. La molécula más simple es el hidrógeno y 1 gramo de hidrógeno contiene más de 1023 moléculas de hidrógeno. En una molécula de agua, dos átomos de hidrógeno están conectados a un átomo de oxígeno central y el ángulo de enlace es de 104,5°. La relación entre los espacios de los átomos en la molécula

Modelo de penetración molecular de la aspirina

no es fija. Además de la traducción de la propia molécula en gas y líquido, cada parte de la molécula. estructura molecular también en continuo movimiento. Por tanto, la estructura molecular depende de la temperatura. Las dimensiones precisas de las moléculas varían según el estado en el que se encuentren (sólido, líquido, gaseoso, disuelto en solución o adsorbido en una superficie).

Debido a que no existe una teoría verdaderamente aplicable de la estructura molecular, la estructura detallada de las moléculas complejas no se puede predecir y solo se puede medir experimentalmente. La mecánica cuántica cree que los electrones orbitales de los átomos son volátiles y se pueden utilizar métodos matemáticos para procesar ondas estacionarias de electrones (orbitales atómicos) para determinar la formación de enlaces entre átomos o grupos de átomos. Cuanto más se superponen los orbitales de los electrones de un átomo en el espacio, más estable se forma el enlace. El método de la mecánica cuántica se basa en una combinación de datos experimentales y operaciones matemáticas aproximadas (operadas por computadoras electrónicas de alta velocidad) y es preciso para sistemas simples, como la predicción de la forma de las moléculas de agua. Otra teoría es considerar la molécula como un sistema de equilibrio electrostático: la atracción entre electrones y núcleos tiende a ser mayor, y la repulsión entre electrones tiende a ser menor. La atracción de los electrones en cada núcleo y átomos adyacentes también es importante. Para minimizar la repulsión del centro cargado negativamente, el sistema se dispone lo más simétricamente posible, de modo que cuando el sistema tiene 2 pares de electrones, estos se disponen en disposición lineal (π), como el acetileno cuando hay 3 electrones; pares, están dispuestos en un plano triangular. El ángulo de enlace es 3π/2, como el etileno. Algunas moléculas están compuestas por un átomo, como el helio, el neón, el argón, etc., y no tienen enlaces químicos.

1. Hay espacios entre las moléculas. Por ejemplo: tome 50 ml de alcohol y 50 ml de agua. Después de mezclar, el volumen es inferior a 100 ml. Al igual que cuando se mezclan un tazón de semillas de sésamo y un tazón de soja, las pequeñas semillas de sésamo se meten en los espacios entre las semillas de soja más grandes y el volumen que ocupan después de mezclar es menos de dos tazones.

2. Todas las moléculas que componen la materia se encuentran en constante movimiento irregular. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se difunden las moléculas. Entre los sólidos, líquidos y gases, la difusión de gases es la más rápida. Dado que el movimiento de las moléculas está relacionado con la temperatura, este movimiento se llama movimiento térmico de las moléculas. Por ejemplo: la ropa se seca fácilmente cuando hace calor

3. El diámetro molecular general es del orden de 10^-10m.

4. Las moléculas son pequeñas, pero tienen un volumen y una masa determinados.

5. Las propiedades moleculares de una misma sustancia son las mismas, pero las propiedades moleculares de diferentes sustancias son diferentes.

Configuración y conformación molecular Moléculas con los mismos componentes pueden formar moléculas diferentes si el orden y disposición de los átomos es diferente. Por ejemplo, dos átomos de carbono, seis átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno se pueden organizar en una molécula de etanol o una molécula de éter dimetílico. La fórmula estructural de la molécula que se muestra en su fórmula estructural refleja el orden de los átomos dentro de la molécula. Las moléculas con los mismos componentes pero dispuestas en diferente orden para formar dos o más moléculas se denominan isómeros. Las moléculas con los mismos componentes y diferentes estructuras se denominan isómeros.

Para reflejar el número real de varios átomos en una molécula, se deben utilizar fórmulas químicas. Por ejemplo, las fórmulas químicas del etileno y el propileno son C2H4 y C3H6 respectivamente. Sin embargo, tener la misma fórmula química no significa que las dos moléculas sean moléculas de la misma sustancia, porque la disposición y combinación de los átomos en la molécula, es decir, la estructura de la molécula, también es un factor que determina las propiedades de la molécula. Las moléculas con los mismos átomos pero en diferente disposición se llaman isómeros. Los isómeros tienen la misma fórmula química pero tienen diferentes propiedades debido a diferentes estructuras. Los estereoisómeros son isómeros especiales que tienen propiedades físicas y químicas muy similares pero propiedades bioquímicas muy diferentes.

Debido a las leyes de la mecánica cuántica, las moléculas tienen una geometría de equilibrio fija: las longitudes de los enlaces y los ángulos entre ellos. Las sustancias puras están compuestas de moléculas con la misma estructura geométrica. La fórmula química y la estructura de una molécula son dos factores que determinan sus propiedades, especialmente su actividad química.

2.

Los átomos se refieren a partículas básicas que no pueden dividirse más en reacciones químicas. Los átomos son indivisibles en reacciones químicas. Pero se puede dividir en el estado físico. Los átomos están compuestos por un núcleo y electrones que orbitan alrededor del núcleo. Los átomos constituyen la unidad más pequeña de la materia general y se llaman elementos. Hay 118 elementos conocidos. Por tanto tiene una estructura nuclear.

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento que puede mantener sus propiedades químicas. Un átomo positivo contiene un núcleo denso y varios electrones cargados negativamente que rodean el núcleo. El núcleo de un átomo negativo está cargado negativamente y los electrones negativos que lo rodean están cargados positivamente. El núcleo de un átomo positivo está formado por protones cargados positivamente y neutrones eléctricamente neutros. El antiprotón en el núcleo de un átomo negativo está cargado negativamente, lo que hace que el núcleo de un átomo negativo esté cargado negativamente. Cuando el número de protones es igual al número de electrones, el átomo es eléctricamente neutro; en caso contrario, es un ion con carga positiva o negativa. Los átomos son de diferentes tipos dependiendo de la cantidad de protones y neutrones que tengan: la cantidad de protones determina a qué elemento pertenece el átomo, mientras que la cantidad de neutrones determina a qué isótopo de ese elemento es el átomo. [2] Los átomos forman moléculas y las moléculas forman sustancias en las que cargas del mismo tipo se repelen y cargas de diferentes tipos se atraen.

El orden de magnitud del diámetro atómico es de unos 10m. La masa de un átomo es extremadamente pequeña, generalmente -27 elevado a la potencia, y la masa se concentra principalmente en protones y neutrones. Hay electrones distribuidos fuera del núcleo atómico y la transición electrónica produce un espectro. Los electrones determinan las propiedades químicas de un elemento y tienen una gran influencia en el magnetismo del átomo. Todos los átomos con la misma cantidad de protones forman elementos, y cada elemento tiene en su mayoría un isótopo inestable que sufre desintegración radiactiva.

El átomo era originalmente un concepto abstracto con significado ontológico en la filosofía. Con el avance de la comprensión humana, los átomos se transformaron gradualmente de un concepto abstracto a una teoría científica. Los núcleos atómicos y los electrones son partículas microscópicas que forman los átomos. Los átomos a su vez pueden formar moléculas.

Las partículas más pequeñas implicadas en los cambios químicos.

La gente solía pensar que los átomos son las partículas más pequeñas que componen la materia, por lo que el significado de átomo en griego es "indivisible". Sin embargo, en realidad, los átomos se pueden dividir en núcleos y electrones extranucleares. El núcleo está compuesto por protones. Está compuesto por neutrones y protones, y el número de protones es lo que distingue los diversos elementos. Los protones y neutrones se pueden dividir aún más. Entonces, los átomos no son las partículas más pequeñas que forman la materia, pero los átomos son las partículas más pequeñas en las reacciones químicas.

①La masa de un átomo es muy pequeña.

② Sigue haciendo movimientos irregulares.

③Hay espacios entre los átomos.

④Los átomos del mismo tipo tienen las mismas propiedades, mientras que los átomos de diferentes tipos tienen propiedades diferentes.

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento que puede mantener sus propiedades químicas. Un átomo contiene un núcleo denso y varios electrones cargados negativamente que rodean el núcleo. El núcleo está compuesto por protones cargados positivamente y neutrones eléctricamente neutros. Los átomos son las partículas más pequeñas de los cambios químicos, las moléculas están compuestas de átomos y muchas sustancias están compuestas directamente de átomos.

El nombre inglés de átomo deriva del griego y su significado original es indivisible. Hace mucho tiempo, los filósofos griegos e indios propusieron el concepto de indivisibilidad de los átomos. En los siglos XVII y XVIII, los químicos descubrieron la base de la física: algunas sustancias no pueden descomponerse por medios químicos. A finales del siglo XIX y principios del XX, los físicos descubrieron las partículas subatómicas y la estructura interna de los átomos, demostrando que los átomos no eran incapaces de seguir dividiéndose. Los principios de la mecánica cuántica proporcionan un buen modelo para los átomos.

El modelo planetario fue propuesto por Rutherford, basándose en el electromagnetismo clásico. Sus principales contenidos son:

① La mayor parte del volumen de los átomos está vacío.

②En el centro del átomo hay un núcleo muy pequeño y extremadamente denso.

③Toda la carga positiva del átomo está en el núcleo, y casi toda la masa se concentra dentro del núcleo. Los electrones cargados negativamente se mueven alrededor del núcleo a gran velocidad en el espacio nuclear.

Aunque los átomos son muy pequeños y no se pueden dividir más mediante métodos químicos, aún se pueden dividir mediante otros métodos porque los átomos también tienen una determinada composición. Los átomos están compuestos por un núcleo cargado positivamente en el centro y electrones cargados negativamente fuera del núcleo (lo contrario ocurre con la antimateria El núcleo está compuesto por dos tipos de partículas, protones y neutrones. Los electrones se mueven a gran velocidad en un gran tamaño). espacio fuera del núcleo.

Los electrones son las primeras partículas subatómicas descubiertas. Hasta ahora, los electrones son las partículas más ligeras, solo 9,11×10 kg. Son átomos de hidrógeno [1/1836.152701(37)] y fueron creados por Millikan. el famoso "experimento de la gota de petróleo" alrededor de 1910. Un electrón lleva una unidad de carga negativa, que son 4,8×10 unidades electrostáticas o 1,6×10 culombios. Su volumen es demasiado pequeño para medirlo con la tecnología existente.

El electrón tiene dualidad onda-partícula. No podemos estar seguros de que esté en un determinado punto del espacio en un determinado momento como para describir el movimiento de los objetos ordinarios. Sólo podemos señalar la posibilidad de que aparezca. en algún lugar fuera del núcleo ( es decir, el tamaño de la probabilidad). La probabilidad de que aparezcan electrones en todas partes del núcleo es diferente. En algunos lugares, la probabilidad de que aparezcan es alta y en algunos lugares, la probabilidad de que aparezcan es muy pequeña si la probabilidad de que aparezcan electrones en todas partes fuera del núcleo se representa con valores pequeños. puntos negros (cuanto mayor es la probabilidad de que aparezcan, mayor es la probabilidad de que aparezcan, más densos son los pequeños puntos negros), entonces se obtendrá una imagen un poco más intuitiva. En estas imágenes, los núcleos de los átomos parecen estar envueltos en una nube de electrones cargados negativamente, de ahí el nombre de nube de electrones.

Todos los protones y neutrones de un átomo se combinan para formar un núcleo muy pequeño, que en conjunto también puede denominarse nucleón. El radio del núcleo es aproximadamente igual a 1,07×A^1/3 fm, donde A es el número total de nucleones. El orden de magnitud del radio atómico es de aproximadamente 105 fm, por lo que el radio del núcleo es mucho más pequeño que el radio del átomo. Los nucleones están unidos por fuertes fuerzas residuales que actúan en distancias cortas. Cuando la distancia es inferior a 2,5 fm, la fuerza fuerte es mucho mayor que la fuerza electrostática, por lo que puede superar la repulsión mutua entre protones cargados positivamente.

El núcleo atómico está compuesto por protones y neutrones (el núcleo de hidrógeno tiene un solo protón). El protón está compuesto por dos quarks arriba y un quark abajo. Lleva una carga positiva unitaria y su masa es 1836,152701. (37) veces la masa del electrón, es 1,6726231(10)×10kg. Sin embargo, parte de la masa se puede convertir en energía de enlace atómico. Los átomos con el mismo número de protones son del mismo elemento. Número atómico = número de protones = número de cargas nucleares = número de electrones fuera del núcleo.

Los neutrones se componen de un quark arriba y dos quarks abajo. Las cargas de los dos quarks se anulan entre sí, por lo que los neutrones no están cargados eléctricamente. Sin embargo, la opinión de que "los neutrones no están cargados eléctricamente" es errónea. mal de.

Para un elemento concreto, el número de neutrones puede cambiar. Un mismo elemento con diferente número de neutrones se llama isótopos. La cantidad de neutrones determina qué tan estable es un átomo y algunos isótopos de elementos son capaces de sufrir una desintegración radiactiva espontánea.

Número de masa: dado que las masas de los protones y neutrones son similares y mucho mayores que las de los electrones, la suma del número de protones y neutrones en un átomo se utiliza para definir la masa atómica relativa, que se llama número de masa.

La masa en reposo de un átomo suele expresarse en unidad de masa atómica unificada (u), también conocida como Dalton (Da). Esta unidad se define como una doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12 eléctricamente neutro, que es aproximadamente 1,66 × 10 kg. El protio, el isótopo más ligero del hidrógeno, es el átomo más ligero y pesa aproximadamente 1,007825.

El átomo estable más pesado es el plomo-208, con una masa de 207,9766521.

La definición de mol es que para cualquier tipo de elemento, un mol siempre contiene el mismo número de átomos, que es aproximadamente 6.022×10.

Por ejemplo, la masa atómica relativa de hidrógeno es 1. La masa de un mol de átomos de hidrógeno es (1,66×10x6,022×10?=9,99652x10?≈10x10?=0,001kg) 0,001kg, que es 1 gramo. Por ejemplo, la masa atómica del carbono-12 es 12u y la masa de un mol de carbono es 0,012 kg.

Algunas sustancias, como elementos metálicos (por ejemplo: hierro, cobre, aluminio, etc.), algunos elementos no metálicos (por ejemplo: diamante, grafito, fósforo rojo, etc.), raros Los gases (por ejemplo: helio, neón), argón), etc. están todos compuestos directamente de átomos.

Los átomos no tienen una capa más externa definida con precisión. El radio atómico generalmente se mide en función de la distancia nuclear promedio entre átomos adyacentes.

Radio de valencia

Medimos que la distancia nuclear entre dos átomos de Cl en una molécula de cloro gaseoso es 1,988Α, por lo que definimos la mitad de esta distancia nuclear, es decir, 0,994Α, como cloro El radio de un átomo, este radio se llama radio de valencia. El radio de valencia es la mitad de la longitud del enlace elemental.

Radio del metal

Además, también podemos medir la distancia nuclear entre dos átomos de cobre adyacentes en un elemento metálico como el cobre. La mitad del valor se llama radio del metal [14. ].

El radio de van der Waals

se refiere a la fuerza de van der Waals entre moléculas en cristales moleculares, como la mitad de la distancia entre dos núcleos adyacentes de un gas raro.

En la tabla periódica de elementos, la tendencia general de los cambios en el radio de los átomos es aumentar de arriba a abajo y disminuir de izquierda a derecha. Por tanto, el átomo más pequeño es el hidrógeno con un radio de 0,28 A; el átomo más grande es el cesio con un radio de 2,655 A. Debido a que ese tamaño es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz visible (alrededor de 400 a 700 nm), no se puede ver a través de un microscopio óptico general o un microscopio electrónico. Sin embargo, utilizando un microscopio de efecto túnel, podemos ver átomos individuales.

Espero poder ayudarte a aclarar tus dudas.