inom vetenskapen, som i livet, ord förvärvar ofta mening genom användning snarare än genom definition. Vi använder ”arter” och ”kraft” utan att bli oroliga av deras oregistrerade. Detsamma kan sägas om ”molekyl”.
till exempel har det definierats som: ’den enklaste enheten av en kemisk förening som kan existera, bestående av två eller flera atomer som hålls samman av kemiska bindningar.,”
en annan definition går så här: ”den minsta partikeln av ett ämne som behåller ämnets kemiska och fysikaliska egenskaper och består av två eller flera atomer; en grupp av liknande eller olika atomer som hålls samman av kemiska krafter.”
men i denna andra definition är ”den minsta partikeln av ett ämne som behåller dess egenskaper” ganska meningslös. Vilka egenskaper? När allt kommer omkring, de flesta av dem Vi fokuserar på, såsom smältpunkt, är bulkegenskaper., Och tanken att molekyler är två eller flera atomer som hålls samman av kemiska bindningar får oss in i den skumma verksamheten att definiera ett band (som vissa anser att inkludera van der Waals krafter och ”mekaniska bindningar”) och skilja molekyler från, säg, joniska kristaller (som Gilbert Lewis först gjorde för hundra år sedan).,
problemen med dessa definitioner lyftes fram av ett nytt förslag från Nature Chemistrys redaktör Stuart Cantrill att catenanes och rotaxanes – enheter som består av olika kovalent bundna sammansättningar mekaniskt sammanfogade (t.ex. gängade ringar) – måste betraktas som molekylära, inte supramolekylära. Resultatet var en (godmodig) Twitterstorm, som andra kemister slog in med sina åsikter.
Supra powers
vad kan du då fråga, definierar ’supramolekylär’?, Fältets pionjär, fransk kemist Jean-Marie Lehn, använder termen för att beskriva församlingar ”som hålls samman av icke-kovalenta interaktioner”.1 Det verkar säkert inkludera catenanes (även om det är kovalenta eller van der Waals krafter som i slutändan förhindrar separation av komponenterna?). Ändå skulle det också omfatta DNA dubbel helix, protein conformations, molekylära kristaller, koordinationskomplex och flytande vatten. Det gör det till en ganska otymplig, alltför bred term.
Så hur kan vi skilja molekyler från supermolekyler eller kondenserade faser?, Om molekyler inte lätt kan falla sönder i, och skapa en jämvikt med, deras separata men individuellt stabila komponenter, vad ska vi då kalla svaga syror eller faktiskt vatten? Om rotaxaner (där en cyklisk molekyl förblir gängad på en linjär på grund av skrymmande kappgrupper på tråden) är molekyler, vad sägs om pseudorotaxaner, där det inte finns några ändlock och gängningen är bara statistisk eller hålls på plats av svaga interaktioner?, Man kan tydligt konstruera en progressiv fri energibarriär för unthreading med alltmer skrymmande ändgrupper; är det då en gradvis övergång från supermolekyl till molekyl? Vid vilken temperatur? Som lösningsmedel?
det verkar som om när Lehn kallade supramolekylär Kemi en ”Kemi bortom molekylen” han anspelade på en mycket dimmig gräns. Likaså amerikanska kemisten George Whitesides förslag att kemi bör flytta ”bort från molekylen” (i ett papper provokativt med titeln ”är fokus på ”molekyler” föråldrade?,’) 2 väcker frågan om vad, exakt, det är att ämnet bör röra sig bort från.
saknar definition
varken Lehn eller Whitesides utmanar molekylens status som kemienhet. Snarare hävdar de att kemi kan bredda sin förklarande ram och praktiska förmåga genom att överväga hur molekyler interagerar, kombinerar och samordnar för att producera funktioner på högre nivåer av skalhierarkin. ”Molekyl” används inte som ett tätt definierat sätt att ansluta sig till atomer, men som en stenografi term för en viss skala och sätt för kemiskt tänkande.,
det är förmodligen det bästa sättet att se det. Att kalla en ”molekyl” en odelbar enhet av en förening återspeglar kemins historiska fokus på rena ämnen – på att rena och karakterisera bulkföreningar. Men kemi kommer verkligen i sig i blandningar-inklusive cellens otroliga, organiserade komplexitet. Molekylen är en nödvändig konstruktion för analys, men förlorar en del av sin precision i samband med kollektiva funktioner och egenskaper.
men kom nu. Finns det verkligen något konceptuellt problem när vi pratar om proteinmolekyler som iscensätter cellfunktioner?, Eller molekylära intermediärer i ytkatalys? Självklart inte. Snarare är detta säkert bara ett exempel på problemet med ”naturliga slag”, som debatteras av vetenskapens filosofer (medan förståeligt ignoreras av dess utövare): vi behöver ord och kategorier för att formulera vetenskapliga idéer, men världen är inte skyldig att respektera dem.
vetenskapliga ord och fenomen överlappar varandra tillräckligt bra för att möjliggöra diskussion och teoretisering.vi behöver knappast bli förvånade eller förvirrade när vi upptäcker att korrespondensen inte alltid är perfekt., Kemi använder mer fuzzy men värdefulla begrepp (oxidationstillstånd, bindning, elektronegativitet) än fysik (faser, krafter); biologi använder förmodligen ännu mer (arter, allosteri, ekosystem, gen). Det finns inget behov av att övervaka gränserna för dessa ord, förutom att underhålla oss själva. Med tanke på vilket frågar jag: hur definierar du en molekyl?
Philip Ball är en science writer baserad i London, Storbritannien