miniatura| Representación esquemática dos átomos (bólas negras) e os enlaces moleculares (barras brancas-grises) dunha molécula de C 60, é dicir, un composto formado por sesenta átomos de carbono. miniatura|Representación en 3D da molécula da sacarosa En química, unha molécula (do novo latín molecula, que é un diminutivo da palabra moles, 'masa') é un grupo eléctricamente neutro e suficientemente estable de polo menos dous átomos nunha configuración definida, unidos por enlaces químicos fortes (covalentes ou iónicos).Unión Internacional de Química Pura e Aplicada: (1994) /M04002.html molecule, Compendium of Chemical Terminology, conocido como Gold Book. Neste estrito sentido, as moléculas diferéncianse dos ións poliatómicos. Na química orgánica e na bioquímica, o termo "molécula" utilízase de maneira menos estrita e aplícase tamén aos compostos orgánicos (moléculas orgánicas) e nas biomoléculas.
Antes, definíase a molécula de forma menos xeral e precisa, como a máis pequena parte dunha substancia que podía ter existencia independente e estable conservando aínda as súas propiedades fisicoquímicas. De acordo con esta definición, podían existir moléculas monoatómicas. Na teoría cinética dos gases, o termo molécula aplícase a calquera partícula gasosa con independencia da súa composición. De acordo con esta definición, os átomos dun gas nobre consideraríanse moléculas aínda que se compoñen de átomos non enlazados.
Unha molécula pode consistir en varios átomos dun único elemento químico, como no caso do osíxeno diatómico (O2), ou de diferentes elementos, como no caso da auga (H2O). Os átomos e complexos unidos por enlaces non covalentes como os enlaces de hidróxeno e os enlaces iónicos non se adoitan considerar como moléculas individuais.
As moléculas como compoñentes da materia son comúns nas substancias orgánicas (e polo tanto na bioquímica). Tamén conforman a maior parte dos océanos e da atmosfera. Con todo, un gran número de substancias sólidas familiares, que inclúen a maior parte dos minerais que compoñen a codia, o manto e o núcleo da Terra, conteñen moitos enlaces químicos, pero non están formados por moléculas. Ademais, ningunha molécula típica pode ser definida nos cristais iónicos (sales) ou en cristais covalentes, aínda que estean compostos por celas unitarias que se repiten, xa sexa nun plano (como no grafito) ou en tres dimensións (como no diamante ou o cloruro de sodio ). Este sistema de repetir unha estrutura unitaria varias veces tamén é válida para a maioría das fases condensadas da materia con enlaces metálicos, o que significa que os metais sólidos tampouco están compostos por moléculas identificables. No vidro (sólidos que presentan un estado vítreo desordenado), os átomos tamén poden estar unidos por enlaces químicos sen que se poida identificar ningún tipo de molécula, pero tampouco existe a regularidade da repetición de unidades que caracteriza aos cristais.
A molécula máis sinxela que existe é a de hidróxeno gas, xa que está formada por dous átomos de hidróxeno, que é á súa vez o átomo máis sinxelo que existe por estar formado unicamente por un neutrón, un protón e un electrón xirando ó redor do núcleo formado polos dous primeiros.
As moléculas sofren entre si mesmas interaccións, e poden ser débiles ou fortes, sendo as primeiras debidas á polarización das moléculas debido a unha distribución desigual das cargas dentro dela (véxase forzas de van der Waals ou forzas de London), e son débiles debido a que moitas destas son soamente momentáneas. As segundas son debidas á electronegatividade dalgún dos átomos, que provoca á súa vez unha distribución desigual da carga e as atraccións conseguintes entre as moléculas. Todas estas interaccións son culpables de moitas das propiedades dos compostos químicos, coma por exemplo do punto de fusión ou de ebulición, que pode resultar máis alto do esperado analiticamente debido a que estas forzas están unindo continuamente ás moléculas que forman o composto. Definición e os seus límites
De maneira menos xeral e precisa, definiuse molécula como a parte máis pequena dunha substancia química que conserva as súas propiedades químicas, e a partir da cal se pode reconstituír a substancia sen reaccións químicas. De acordo con esta definición, que resulta razoablemente útil para aquelas substancias puras constituídas por moléculas, poderían existir as "moléculas monoatómicas" de gases nobres, mentres que as redes cristalinas, sales, metais e a maioría de vidros quedarían nunha situación confusa.
As moléculas lábiles poden perder a súa consistencia en tempos relativamente curtos, pero se o tempo de vida medio é da orde dunhas poucas vibracións moleculares, estamos ante un estado de transición que non se pode considerar molécula. Actualmente, é posible o uso de láser pulsado para o estudo da química destes sistemas.
As entidades que comparten a definición das moléculas pero teñen carga eléctrica denomínanse ións poliatómicos, ións moleculares ou moléculas ion. Os sales compostos por ións poliatómicos clasifícanse habitualmente dentro dos materiais de base molecular ou materiais moleculares.
As partículas están formadas por moléculas. Unha molécula vén ser a porción de materia máis pequena que aínda conserva as propiedades da materia orixinal.As moléculas atópanse fortemente enlazadas coa finalidade de formar materia. As moléculas están formadas por átomos unidos por medio de enlaces químicos. Descrición A estrutura molecular pode ser descrita de diferentes formas. A fórmula molecular é útil para moléculas sinxelas, como H2O para a auga ou NH3 para o amoníaco. Contén os símbolos dos elementos presentes na molécula, así como a súa proporción indicada polos subíndices.
Para moléculas máis complexas, como as que se atopan comunmente en química orgánica, a fórmula química non é suficiente, e vale a pena usar unha fórmula estrutural ou unha fórmula esqueletal, as que indican graficamente a disposición espacial dos distintos grupos funcionais.
Cando se queren mostrar variadas propiedades moleculares, ou se trata de sistemas moi complexos como proteínas, ADN ou polímeros, utilízanse representacións especiais, como os modelos tridimensionais (físicos ou representados por computador). Nas proteínas, por exemplo, cabe distinguir entre estrutura primaria (orde dos aminoácidos), secundaria (primeiro pregamento en hélices, follas, xiros...), terciaria (pregamento das estruturas tipo hélice/folla/xiro para dar glóbulos) e cuaternaria (organización espacial entre os diferentes glóbulos).
center|framed|Figura 1. Representacións do terpeno, atisano, 3D (centro esquerda) e 2D (dereita). No modelo 3D da esquerda, os átomos de carbono están representados por esferas grises; as brancas representan aos átomos de hidróxeno e os cilindros representan os enlaces. O modelo é unha representación da superficies molecular, coloreada por áreas de carga eléctrica positiva (vermello) ou negativa (azul). No modelo 3D do centro, as esferas azul claro representan átomos de carbono, as brancas de hidróxeno e os cilindros entre os átomos son os enlaces simples.
Tipos de moléculas Segundo o número de átomos as moléculas clasifícanse en:
Moléculas discretas: constituídas por un número ben definido de átomos, sexan estes do mesmo elemento (moléculas homonucleares, como o dinitróxeno ou o fulereno) ou de elementos distintos (moléculas heteronucleares, como a auga).
Macromoléculas ou polímeros: Son moléculas cunha masa molecular relativamente alta, cunha estrutura formada pola repetición de unidades derivadas, realmente ou conceptualmente, de moléculas de baixo peso molecular. En moitos casos, especialmente para os polímeros sintéticos, pode considerarse que unha macromolécula ten unha elevada masa molecular relativa, se a adición ou supresión dunha ou varias das unidades ten un efecto insignificante nas súas propiedades. Este non é o caso dalgunhas das macromoléculas as propiedades das cales poden ser criticamente dependentes de detalles finos da estrutura molecular.
Estrutura As moléculas compóñense de electróns e núcleos atómicos. A localización destes últimos na molécula determina a fórmula desenvolvida (a partir da cal se fai a fórmula química). As moléculas de proteínas e determinados compostos sintéticos poden conter centos de miles de átomos. As macromoléculas son un caso a parte.
As moléculas son o obxecto de estudo da teoría da estrutura molecular e a química cuántica. Esta última baséase nos descubrimentos da física cuántica, incluíndo os seus aspectos relativísticos. Outra disciplina emerxente é o deseño de moléculas. Para determinar a estrutura dunha molécula, a ciencia actual dispón dunha gran variedade de ferramentas: a espectroscopia electrónica, a espectroscopia vibratoria, a resonancia magnética nuclear , a resonancia paramagnética electrónica e moitas outras, aínda que os únicos métodos de observación directa son os que se basean na difracción, como a difracción de raios X e a difracción de neutróns.
Tamaño A maioría das moléculas son demasiado pequenas para ser vistas a primeira ollada, pero hai excepcións. A macromolécula do ADN, así como outros polímeros, poden chegar a ter tamaños macroscópicas. As moléculas que normalmente se utilizan como bloques constituíntes en síntese orgánica teñen unha dimensión que vai duns poucos Å a unhas ducias. As moléculas máis grandes son chamadas macromoléculas.
A molécula máis pequena é o dihidróxeno (H 2 ) que ten un enlace de 0,74 Å. A molécula co diámetro maior é a sílica mesoporosa, con 1.000 Å (100 nm). Interaccións intramoleculares As interaccións intramoleculares son as forzas que actúan entre átomos dunha mesma molécula e os mantén unidos.
A natureza das enlaces químicos das moléculas foi un misterio ata a chegada da mecánica cuántica, xa que a física clásica era incapaz de explicar a saturación e dirección dos enlaces da valencia. Os fundamentos da teoría dos enlaces químicos foron espostas en 1927 por Walter Heitler e Fritz London, baseándose na molécula máis sinxela, a H2. Desde entón, tanto a teoría como os métodos para estudar mellorárona moito.
Estes son algúns exemplos de enlaces intramoleculares: enlaces covalentes: existen entre átomos non metálicos. Por exemplo, os átomos de carbono e osíxeno do dióxido de carbono (CO2) están unidos por enlaces covalentes, enlaces iónicos: existen entre átomos metálicos e non metálicos. Por exemplo, os átomos de sodio e cloro do cloruro de sodio (NaCl) están unidos por enlaces iónicos, enlaces metálicos: existen entre átomos metálicos. Por exemplo, os átomos de cobre que forman un ferro deste material están unidos por enlaces metálicos.
Os enlaces químicos que forman as moléculas da inmensa maioría de compostos orgánicos son covalentes. Nos compostos inorgánicos, hai enlaces iónicos e de doador-aceptor, que resultan da interacción entre un par de electróns dos átomos. A enerxía de formación das moléculas a partir de átomos é aproximadamente aditiva. Isto significa que se pode asumir que a enerxía das moléculas é igual á suma das enerxías dos seus enlaces.
Con todo, non sempre é así. Un exemplo de moléculas que non cumpren a regra da aditividade son as moléculas orgánicas planas con enlaces conxugados, é dicir, cunha alternancia de enlaces simples e enlaces múltiples. A forte deslocalización dos estados dos electróns estabiliza a molécula.
Na maioría de casos, o spin total dos electróns de valencia dunha molécula é cero. As moléculas con electróns non apareados (radicais libres como o hidróxeno monoatómico ou o grupo metil, CH3) adoitan ser inestables, xa que cando interaccionan prodúcese unha redución importante de enerxía debido á formación de enlaces covalentes.
Interaccións intermoleculares
A interacción intermolecular é a interacción entre moléculas de carga neutra no espazo. A natureza das interaccións intermoleculares varía segundo a polaridade. Non se soubo gran cousa ata a emerxencia da mecánica cuántica.