Molécula

3D (izquierda y centro) y 2D (derecha) representaciones de la atisane molécula terpenoides.

En química , una molécula se define como una suficientemente estable eléctricamente neutral grupo de al menos dos átomos en una disposición definida mantienen unidos por fuertes enlaces químicos . En química orgánica y bioquímica , la molécula término se utiliza menos estricta y se aplica también a cargadas moléculas orgánicas y biomoléculas. Las moléculas se distinguen de iones poliatómicos en este sentido estricto.

Esta definición ha evolucionado como se ha incrementado el conocimiento de la estructura de las moléculas. Definiciones anteriores eran moléculas que definen menos precisas como las más pequeñas partículas de puro sustancias químicas que aún conservan sus composición propiedades y químicas. Esta definición a menudo se rompe ya que muchas sustancias en la experiencia ordinaria, tales como rocas , sales y metales , están compuestos de átomos o iones , pero no están hechas de moléculas.

En el teoría cinética de los gases de la molécula término se usa a menudo para cualquier partícula gaseosa independientemente de su composición. Según esta definición gases nobles también serían considerados moléculas a pesar del hecho de que se componen de un único átomo no enlazados.

Historia

El término "molécula", a partir de la molécula francesa que significa "partícula extremadamente minutos," fue acuñado por el filósofo francés René Descartes en la década de 1620. Aunque la existencia de moléculas fue aceptada por muchos químicos desde principios del siglo 19 como resultado de de Dalton leyes de las proporciones definidas y múltiples (1803-1808) y la ley de Avogadro (1811), hubo cierta resistencia entre positivistas y físicos tales como Mach, Boltzmann, Maxwell , y Gibbs , quien vio moléculas meramente como construcciones matemáticas convenientes. El trabajo de Perrin en movimiento browniano (1911) se considera que es la prueba final de la existencia de moléculas.

En una molécula, al menos dos átomos se unen por pares compartidos de electrones en una enlace covalente. Puede consistir en átomos de un mismo elemento químico , como con el oxígeno (O _2), o de diferentes elementos, como con agua (H ₂ O). Átomos y complejos conectados por enlaces no covalentes, tales como enlaces de hidrógeno o enlaces iónicos generalmente no se consideran moléculas individuales.

No molécula típica se puede definir para iónicos ( sales ) y cristales covalentes ( sólidos de red) que se componen de repetir celdas unitarias que se extienden ya sea en un plano (como en grafito) o en tres dimensiones (tal como en diamante o cloruro de sodio ).

La ciencia de moléculas se denomina química molecular o física molecular , dependiendo del enfoque. Ofertas de química molecular con las leyes que rigen la interacción entre las moléculas que resulta en la formación y rotura de enlaces químicos , mientras que la física trata moleculares con las leyes que rigen su estructura y propiedades. En la práctica, sin embargo, esta distinción es vaga. En las ciencias moleculares, una molécula consiste en un sistema estable ( estado ligado) que comprende dos o más átomos . Iones poliatómicos veces se pueden útilmente considerados como moléculas cargadas eléctricamente. La molécula inestable término se utiliza para muy especies reactivas, es decir, conjuntos de corta duración ( resonancias) de los electrones y los núcleos , tales como radicales moleculares, iones , Moléculas Rydberg, estados de transición, complejos de van der Waals , o sistemas de chocar átomos como en Bose-Einstein.

El tamaño molecular

La mayoría de las moléculas son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, pero hay excepciones. ADN , una macromolécula, puede alcanzar tamaños macroscópicos, como moléculas pueden de muchos polímeros. La molécula más pequeña es la diatómico hidrógeno (H _2), con una longitud total de aproximadamente el doble del 74 picómetros (0,74 Å) longitud de enlace. Las moléculas utilizadas como bloques de construcción para la síntesis orgánica tienen una dimensión de unos pocos Å a varias docenas Å. Moléculas individuales normalmente no pueden ser observados por la luz (como se señaló anteriormente), pero las moléculas pequeñas y hasta los contornos de los átomos individuales pueden ser rastreados en algunas circunstancias mediante el uso de un microscopio de fuerza atómica. Algunas de las moléculas más grandes son o macromoléculas supermoléculas.

Radio

Radio molecular eficaz es el tamaño de una molécula muestra en solución. . La Tabla de permeabilidad selectiva para diferentes sustancias contiene ejemplos.

Fórmula molecular

La fórmula empírica de una molécula es la más simple número entero relación de los elementos químicos que constituyen el compuesto. Por ejemplo, en sus formas puras, el agua siempre se compone de una proporción 2: 1 de hidrógeno a oxígeno , y acetato de alcohol o etanol siempre se compone de carbono , hidrógeno , y oxígeno en una proporción de 2: 1: 6. Sin embargo, esto no determina el tipo de molécula única - dimetil éter tiene la misma proporción como etanol, por ejemplo. Las moléculas con los mismos átomos en diferentes disposiciones se denominan isómeros. La fórmula empírica es a menudo la misma que la fórmula molecular pero no siempre. Por ejemplo, la molécula de acetileno tiene fórmula molecular C ₂ H _2, pero la relación de número entero más simple de elementos es CH. La fórmula molecular refleja el número exacto de átomos que componen una molécula.

La masa molecular se puede calcular a partir de la fórmula química y se expresa en convencional unidades de masa atómica igual a 1/12 de la masa de un enlace carbono-12 ⁽¹² neutral C isótopo ) átomo. Para sólidos de red, el término unidad de fórmula se utiliza en cálculos estequiométricos.

Geometría molecular

Las moléculas se fija longitudes de equilibrio geometrías-bonos y angles- sobre los cuales oscilan continuamente a través de los movimientos de vibración y rotación. Una sustancia pura se compone de moléculas con la misma estructura geométrica media. La fórmula química y la estructura de una molécula son los dos factores importantes que determinan sus propiedades, en particular su reactividad. Los isómeros compartir una fórmula química pero normalmente tienen propiedades muy diferentes debido a sus diferentes estructuras. Estereoisómeros, un tipo particular de isómeros, pueden tener propiedades físico-químicas muy similares y al mismo tiempo muy diferentes bioquímicos actividades.

Espectroscopia molecular

Ofertas de espectroscopia molecular con la respuesta ( espectro) de moléculas que interactúan con señales de sondeo de conocida la energía (o frecuencia, según las La fórmula de Planck). Teoría de la dispersión proporciona la base teórica para la espectroscopia.

El sondeo de señal utilizado en la espectroscopia puede ser una onda electromagnética o un haz de partículas ( electrones , positrones, etc.) La respuesta molecular pueden consistir en la absorción de la señal ( espectroscopía de absorción), la emisión de otra señal ( espectroscopia de emisión), fragmentación o cambios químicos.

Espectroscopia es reconocido como una herramienta poderosa en la investigación de la propiedades microscópicas de moléculas, en particular, su los niveles de energía. Con el fin de extraer el máximo de información microscópica de los resultados experimentales, la espectroscopia es a menudo junto con los cálculos químicos .

Aspectos teóricos

El estudio de las moléculas por la física molecular y la química teórica se basa en gran medida de la mecánica cuántica y es esencial para la comprensión del enlace químico . El más simple de moléculas es el hidrógeno molécula-ion, H ₂ ^+, y el más simple de todos los enlaces químicos es la unión de un electrón . H ⁺ ₂ se compone de dos cargados positivamente protones y uno cargado negativamente de electrones obligado por fotones de cambio, lo que significa que la Ecuación de Schrödinger para el sistema se puede resolver más fácilmente debido a la falta de repulsión electrón-electrón. Con el desarrollo de las computadoras digitales rápidas, se hicieron posibles soluciones aproximadas para moléculas más complicadas y son uno de los principales aspectos de la química computacional .

Al tratar de definir con rigor si una disposición de los átomos es "suficientemente estable" para ser considerada una molécula, IUPAC sugiere que "debe corresponder a una depresión en la potencial de la superficie de energía que es lo suficientemente profunda para confinar al menos un estado vibracional ". Esta definición no depende de la naturaleza de la interacción entre los átomos, pero sólo en la fuerza de la interacción. De hecho, incluye especies débilmente unidos, que moléculas que tradicionalmente no ser considerados, como el helio dímero, Él _2, que tiene una vibracional estado ligado, pero está tan débilmente unida que sólo es probable que se observe a temperaturas muy bajas.

Etimología

De acuerdo a Merriam-Webster y el Diccionario en línea Etimología, la palabra "molécula" deriva del latín " topos "o pequeña unidad de masa.

• Molécula (1794) - "partícula extremadamente minuto" del P. molécule (1678), de Mod.L. molecula, dim. de L. topos "en masa, barrera". Un significado vago al principio; la moda de la palabra (utilizada hasta finales del siglo 18 sólo en forma latina) se remonta a la filosofía de Descartes .

La mayoría de las moléculas se componen de múltiples átomos; Por ejemplo, una molécula de agua es una combinación de dos de hidrógeno y átomos de un oxígeno átomo. El término "molécula" en los gases se ha utilizado como sinónimo de las partículas fundamentales del gas, sea cual sea su estructura. Esta definición resulta en unos pocos tipos de gases (por ejemplo inerte elementos que no forman compuestos, tales como neón ), que tiene moléculas '' que consta de un solo átomo.