Seit Jahrtausenden haben Wissenschaftler über das Geheimnis des Lebens nachgedacht – nämlich, was steckt dahinter? Nach den meisten alten Kulturen bestand das Leben und die gesamte Existenz aus den Grundelementen der Natur – also Erde, Luft, Wind, Wasser und Feuer. Im Laufe der Zeit begannen jedoch viele Philosophen die Vorstellung zu vertreten, dass alle Dinge aus winzigen, unteilbaren Dingen bestehen, die weder erschaffen noch zerstört werden können (d. h. Teilchen).
Dies war jedoch eine weitgehend philosophische Vorstellung, und erst mit dem Aufkommen der Atomtheorie und der modernen Chemie begannen Wissenschaftler zu postulieren, dass Teilchen in Kombination die Grundbausteine aller Dinge ergeben. Moleküle nannten sie sie, abgeleitet vom lateinischen „moles“ (was „Masse“ oder „Barriere“ bedeutet). Im Kontext der modernen Teilchentheorie verwendet der Begriff jedoch kleine Masseneinheiten.
Definition:
Nach seiner klassischen Definition ist ein Molekül das kleinste Teilchen einer Substanz, das die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Substanz beibehält. Sie bestehen aus zwei oder mehr Atomen, einer Gruppe gleicher oder verschiedener Atome, die durch chemische Kräfte zusammengehalten werden.
Künstlerische Darstellung einfacher und komplexer organischer (kohlenstoffhaltiger) Moleküle, die im Weltraum gefunden wurden. Bildnachweis: IAC/NASA/NOAO/ESA/Hubble Helix Nebula Team/M. Meixner/STScI/T.A. Rektor/NRAO
Es kann aus Atomen eines einzigen chemischen Elements bestehen, wie bei Sauerstoff (O2), oder aus verschiedenen Elementen, wie bei Wasser (H2O). Als Bestandteile der Materie kommen Moleküle in organischen Substanzen (und damit in der Biochemie) häufig vor und ermöglichen lebensspendende Elemente wie flüssiges Wasser und atembare Atmosphären.
Arten von Anleihen:
Moleküle werden durch eine von zwei Arten von Bindungen zusammengehalten – kovalente Bindungen oder ionische Bindungen. Eine kovalente Bindung ist eine chemische Bindung, die die gemeinsame Nutzung von Elektronenpaaren zwischen Atomen beinhaltet. Und die Bindung, die sie bilden, die das Ergebnis eines stabilen Gleichgewichts von anziehenden und abstoßenden Kräften zwischen Atomen ist, wird als kovalente Bindung bezeichnet.
Im Gegensatz dazu ist die Ionenbindung eine Art chemischer Bindung, die die elektrostatische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen beinhaltet. Die an dieser Bindung beteiligten Ionen sind Atome, die ein oder mehrere Elektronen verloren haben (Kationen genannt) und solche, die ein oder mehrere Elektronen gewonnen haben (Anionen genannt). Im Gegensatz zur Kovalenz wird dieser Transfer als Elektrovalanz bezeichnet.
In der einfachsten Form finden kovelante Bindungen zwischen einem Metallatom (als Kation) und einem Nichtmetallatom (dem Anion) statt, was zu Verbindungen wie Natriumchlorid (NaCl) oder Eisenoxid (Fe²O³) führt – aka. Salz und Rost. Es können jedoch auch komplexere Anordnungen getroffen werden, wie z. B. Ammonium (NH4+) oder Kohlenwasserstoffe wie Methan (CH4) und Ethan (H³CCH³).
Schema eines Wassermoleküls, das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Bildnachweis: britannica.com
Geschichte des Studiums
Historisch sind Molekulartheorie und Atomtheorie miteinander verflochten. Die erste erwähnte Erwähnung, dass Materie aus „diskreten Einheiten“ besteht, begann im alten Indien, als Praktizierende des Jainismus die Vorstellung vertraten, dass alle Dinge aus kleinen unteilbaren Elementen bestehen, die sich zu komplexeren Objekten verbinden.
Im antiken Griechenland haben die Philosophen Leukipp und Demokrit prägte den Begriff „Atomos“, wenn er sich auf die „kleinsten unteilbaren Teile der Materie“ bezog, woraus wir den modernen Begriff Atom ableiten.
1661 argumentierte der Naturforscher Robert Boyle dann in einer Abhandlung über Chemie mit dem Titel „ Der skeptische Chymist „- dass Materie aus verschiedenen Kombinationen von „Korpuskeln“ zusammengesetzt war und nicht aus Erde, Luft, Wind, Wasser und Feuer. Jedoch. diese Beobachtungen beschränkten sich auf das Gebiet der Philosophie.
Erst im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert wurde Antoine Lavoisiers Gesetz der Erhaltung der Masse und Daltons Gesetz der multiplen Proportionen brachte Atome und Moleküle in das Feld der harten Wissenschaft. Erstere schlugen vor, dass Elemente Grundstoffe sind, die nicht weiter zerlegt werden können, während letztere vorschlugen, dass jedes Element aus einem einzigen, einzigartigen Atomtyp besteht und dass sich diese zu chemischen Verbindungen verbinden können.
Verschiedene Atome und Moleküle, wie sie in John Daltons A New System of Chemical Philosophy (1808) dargestellt sind. Kredit: Gemeinfrei
Ein weiterer Segen kam 1865, als Johann Josef Loschmidt die Größe der Moleküle maß, aus denen die Luft besteht, und den Molekülen so ein Gefühl für die Größe verlieh. Mit der Erfindung des Rastertunnelmikroskops (STM) im Jahr 1981 konnten erstmals auch Atome und Moleküle direkt beobachtet werden.
Heute wird unser Molekülkonzept dank laufender Forschung in den Bereichen Quantenphysik, organische Chemie und Biochemie weiter verfeinert. Und wenn es um die Suche nach Leben auf anderen Welten geht, ist es unabdingbar zu verstehen, was organische Moleküle brauchen, um aus der Kombination chemischer Bausteine hervorzugehen.
Wir haben viele interessante Artikel über Moleküle für Universe Today geschrieben. Hier ist Moleküle aus dem Weltraum könnten das Leben auf der Erde beeinflusst haben , Präbiotische Moleküle können sich in Atmosphären von Exoplaneten bilden , Organische Moleküle, die außerhalb unseres Sonnensystems gefunden wurden , „Ultimative“ präbiotische Moleküle im interstellaren Raum gefunden .
Weitere Informationen finden Sie unter Encyclopaedia Britannica 's Seite über Moleküle.
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast all about Molecules in Space aufgenommen. Hör zu, Folge 116: Moleküle im Weltraum .
Quellen:
