O moleculă este o structură de bază a materiei aparținând familiei de compuși covalenți . Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată definește molecula ca „o entitate neutră electric care cuprinde mai mult de un atom “ . Este ansamblul chimic neutru din punct de vedere electric al a cel puțin doi atomi, diferiți sau nu, care poate exista în stare liberă și care reprezintă cea mai mică cantitate de materie care posedă proprietățile caracteristice ale substanței luate în considerare. Moleculele sunt agregate atomice legate de forțe de valență ( legături covalente ) și își păstrează individualitatea fizică. Forțele mai slabe, cum ar fi legăturile de hidrogen și cele de tip van der Waals , le mențin aproape una de alta în stare lichidă și / sau solidă .
Ansamblul atomilor care constituie o moleculă nu este definitiv, este probabil să sufere modificări, adică să se transforme într-una sau mai multe alte molecule; o astfel de transformare se numește reacție chimică . Pe de altă parte, atomii care o compun sunt ansambluri (de particule ) , mult mai stabile, care sunt păstrate în timpul unei reacții chimice , deoarece transformarea atomilor, numită transmutare , necesită intrări mult mai importante de energie. Reactii nucleare .
Compoziția chimică a unei molecule este dată de formula sa chimică . Exemple:
Denumirea de „moleculă” provine din molecula științifică latină , diminutiv al denumirii latine alunițe , rezultând „masă”.
Conceptul de moleculă, în forma sa actuală, a fost introdus pentru prima dată în 1811 de Avogadro , care a reușit să depășească confuzia făcută la acel moment între atomi și molecule, datorită legilor proporțiilor definite și multiple ale lui John Dalton (1803 - 1808).
Analiza lui Avogadro a fost acceptată de mulți chimiști , cu excepții notabile ( Boltzmann , Maxwell , Gibbs ). Dar existența moleculelor a rămas în discuții deschise în comunitatea științifică până la lucrarea lui Jean Perrin ( 1911 ) care apoi a confirmat experimental explicația teoretică a mișcării browniene în termeni de atomi propusă de Einstein ( 1905 ). Jean Perrin a recalculat și numărul Avogadro prin mai multe metode.
Moleculele unui corp sunt în agitație constantă (cu excepția zero absolut ). Această agitație, numită mișcare browniană , a fost descrisă pentru prima dată de Robert Brown în 1821 în lichide (dar explicată aproape 100 de ani mai târziu).
Temperatura unui corp oferă o indicație a gradului de agitare a moleculelor.
Forțele de interacțiune foarte slabe care acționează la distanță între molecule, numite forțe van der Waals , condiționează aceste aranjamente și, prin urmare, proprietățile fizice ale compușilor moleculari.
Astfel, de exemplu, proprietățile fizice excepționale ale apei se datorează în mare parte legăturilor de hidrogen .
Moleculele sunt a priori seturi neutre din punct de vedere electric, în care atomii sunt legați între ei în principal prin legături covalente (există multe exemple de ansambluri supra-moleculare prin legături van der Waals , hidrogen sau de tip ionic ), unde apar uneori disimetrii electronice care pot merge ca în măsura în care se dau ioni prin solvație (solvenți polari). Prin urmare, trebuie să concluzionăm că dihidrogenul (H 2), clorul, difluorura și atâtea alte gaze diatomice sunt neutre din punct de vedere electric. Acest lucru sugerează că, atunci când sunt izolați, sunt zero-valenți, pentru a respecta echivalența care trebuie să existe în orice ecuație echilibrată în sarcini și global neutră ca: 2 H 2 + O 2= 2H 2 O. Aici, în partea reactivilor, hidrogenul și dioxigenați sunt izolate molecule și , prin urmare , nu au propria lor de încărcare, cum ar fi H 2 O(deși o moleculă polară). Prin urmare, ecuația chimică verifică neutralitatea sarcinii globale.
Forma și dimensiunea unei molecule (sau a unei părți a acesteia) poate juca un rol în capacitatea sa de a reacționa. Prezența anumitor atomi sau grupuri de atomi în interiorul unei molecule joacă un rol major în capacitatea sa de a descompune sau de a atașa alți atomi din alte corpuri, adică de a transforma pentru a da naștere altor molecule.
Diferitele moduri de reprezentare a moleculelor sunt menite să explice diferitele situri reactive; anumite lanțuri de atomi, numite grupe funcționale , produc astfel similitudini în proprietăți, în special în compușii organici .
Moleculele care au cel puțin câteva zeci de atomi se numesc macromolecule sau polimeri .
Exemple:
Există patru categorii de substanțe non-moleculare:
În regiunile dintre sistemele solare, probabilitatea unei întâlniri între atomi este foarte scăzută, dar există ansambluri moleculare, precum dihidrogen , monoxid de carbon sau chiar anumite fulerene . Cometele și atmosferele de gaze ale planetelor conțin o varietate mai mare de molecule.
Structura organismelor biologice care constituie biosfera poate fi împărțită în mai multe niveluri de organizare: sistemele atomice , moleculare, celulare , tisulare , organice , nervoase și, în cele din urmă, cele ale organismului în totalitatea sa funcțională.
Studiul științific al vieții se realizează prin cercetarea elementelor fiecăruia dintre aceste niveluri, apoi prin înțelegerea interacțiunilor dintre aceste niveluri diferite (vezi articolul Metoda științifică ).
Studiul nivelului de molecule face posibilă înțelegerea funcționării celulei , care este unitatea funcțională elementară a ființelor vii.