In der Wissenschaft, wie im Leben, Wörter erwerben oft Bedeutung durch Verwendung statt durch Definition. Wir verwenden „Spezies“ und „Kraft“, ohne von ihrer Ungenauigkeit beunruhigt zu sein. Dasselbe kann über „Molekül“ gesagt werden.
Zum Beispiel wurde es definiert als: ‘Die einfachste Einheit einer chemischen Verbindung, die existieren kann, bestehend aus zwei oder mehr Atomen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden.,“
Eine andere Definition lautet wie folgt: „Das kleinste Teilchen eines Stoffes, das die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Stoffes beibehält und aus zwei oder mehr Atomen besteht; eine Gruppe gleichartiger oder verschiedener Atome, die durch chemische Kräfte zusammengehalten werden.‘
Aber in dieser zweiten Definition ist‘ das kleinste Teilchen einer Substanz, die ihre Eigenschaften behält ‚ ziemlich bedeutungslos. Welche Eigenschaften? Schließlich sind die meisten von denen, auf die wir uns konzentrieren, wie Schmelzpunkt, Bulk-Eigenschaften., Und die Idee, dass Moleküle zwei oder mehr Atome sind, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden, bringt uns in das trübe Geschäft, eine Bindung zu definieren (die einige als Van-der-Waals-Kräfte und „mechanische Bindungen“ betrachten) und Moleküle von beispielsweise ionischen Kristallen zu unterscheiden (wie Gilbert Lewis es zum ersten Mal vor hundert Jahren tat).,
Die Probleme mit diesen Definitionen wurden durch einen kürzlichen Vorschlag von Stuart Cantrill, Herausgeber von Nature Chemistry, hervorgehoben, dass Catenane und Rotaxane – Entitäten, die aus verschiedenen kovalent verbundenen Baugruppen bestehen, die mechanisch verbunden sind (z. B. Gewinderinge) – müssen als molekular und nicht als supramolekular betrachtet werden. Das Ergebnis war ein (gutmütiger) Twittersturm, als andere Chemiker mit ihren Ansichten aufschlugen.
Supra Mächte
Was könnten Sie dann Fragen, definiert ’supramolekulare‘?, Der Pionier des Feldes, der französische Chemiker Jean-Marie Lehn, verwendet den Begriff, um Baugruppen zu beschreiben, die „durch nicht kovalente Wechselwirkungen zusammengehalten werden“.1 Das scheint sicherlich Catenane einzuschließen (obwohl es kovalente oder van der Waals Kräfte sind, die letztendlich die Trennung der Komponenten verhindern?). Es würde jedoch auch die DNA-Doppelhelix, Proteinkonformationen, molekulare Kristalle, Koordinationskomplexe und flüssiges Wasser enthalten. Das macht es zu einem ziemlich unhandlichen, übermäßig breiten Begriff.
Wie können wir also Moleküle von Supermolekülen oder kondensierten Phasen unterscheiden?, Wenn Moleküle nicht leicht in ihre getrennten, aber einzeln stabilen Bestandteile zerfallen und ein Gleichgewicht herstellen dürfen, was werden wir dann schwache Säuren oder tatsächlich Wasser nennen? Wenn Rotaxane (bei denen ein zyklisches Molekül aufgrund sperriger Verschließgruppen am Faden auf einem linearen gefädelt bleibt) Moleküle sind, was ist dann mit Pseudorotaxanen, bei denen es keine Endkappen gibt und das Einfädeln lediglich statistisch ist oder durch schwache Wechselwirkungen an Ort und Stelle gehalten wird?, Man kann eindeutig eine fortschreitende Barriere für freie Energie konstruieren, um mit zunehmend sperrigen Endgruppen nicht zu durchdringen; Ist das dann ein allmählicher Übergang von Supermolekül zu Molekül? Bei welcher Temperatur? In dem Lösungsmittel?
Es scheint, als Lehn die supramolekulare Chemie als „Chemie jenseits des Moleküls“ bezeichnete, spielte er auf eine sehr verschwommene Grenze an. Ebenso der Vorschlag des US-Chemikers George Whitesides, die Chemie solle sich „vom Molekül entfernen“ (in einem provokativ betitelten Artikel mit dem Titel „Ist der Fokus auf“ Moleküle “ obsolet?,‘) 2 wirft die Frage auf, von was genau sich das Subjekt entfernen sollte.
Fehlende Definition
Weder Lehn noch Whitesides stellen den Status des Moleküls als Einheit der Chemie in Frage. Vielmehr argumentieren sie, dass die Chemie ihren erklärenden Rahmen und ihre praktischen Fähigkeiten erweitern kann, indem sie berücksichtigt, wie Moleküle interagieren, kombinieren und koordinieren, um Funktionalitäten auf höheren Ebenen der Skalenhierarchie zu erzeugen. „Molekül“ wird nicht als eng definierte Art der Verbindung von Atomen verwendet, sondern als Kurzbegriff für einen bestimmten Maßstab und eine bestimmte Art des chemischen Denkens.,
Das ist wahrscheinlich der beste Weg, es zu sehen. Die Bezeichnung eines „Moleküls“ als unteilbare Einheit einer Verbindung spiegelt den historischen Fokus der Chemie auf reine Substanzen wider – auf die Reinigung und Charakterisierung von Massenverbindungen. Aber die Chemie kommt wirklich in Mischungen zur Geltung – einschließlich der unglaublichen, organisierten Komplexität der Zelle. Das Molekül ist ein notwendiges Konstrukt für die Analyse, verliert jedoch im Kontext kollektiver Funktionen und Eigenschaften einen Teil seiner Präzision.
Aber komm jetzt. Gibt es wirklich ein konzeptionelles Problem, wenn wir über Proteinmoleküle sprechen, die Zellfunktionen orchestrieren?, Oder molekulare Zwischenprodukte in der Oberflächenkatalyse? Natürlich nicht. Vielmehr ist dies sicherlich nur ein Beispiel für das Problem der „natürlichen Arten“, das von den Wissenschaftsphilosophen diskutiert wird (während es von ihren Praktikern verständlicherweise ignoriert wird): Wir brauchen Wörter und Kategorien, um wissenschaftliche Ideen zu formulieren, aber die Welt ist nicht verpflichtet, sie zu respektieren.
Wissenschaftliche Wörter und Phänomene überschneiden sich gut genug, um Diskussion und Theoretisierung zu ermöglichen; wir brauchen kaum überrascht oder beunruhigt zu sein, wenn wir feststellen, dass die Korrespondenz nicht immer perfekt ist., Die Chemie nutzt mehr unscharfe, aber wertvolle Konzepte (Oxidationszustand, Bindung, Elektronegativität) als die Physik (Phasen, Kräfte); Die Biologie verwendet wahrscheinlich noch mehr (Spezies, Allostery, Ökosystem, Gen). Es gibt keine dringende Notwendigkeit, die Grenzen dieser Worte zu überwachen, außer uns selbst zu unterhalten. In Anbetracht dessen frage ich: Wie definierst du ein Molekül?
Philip Ball ist ein Wissenschaftsautor mit Sitz in London, UK