Cząsteczka jest podstawowa struktura względu należący do rodziny związków kowalencyjnych . Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej określa cząsteczkę „obojętny elektrycznie jednostka zawiera więcej niż jeden atom ” . Jest to elektrycznie obojętny zespół chemiczny, składający się z co najmniej dwóch atomów, różnych lub nie, które mogą istnieć w stanie wolnym i który reprezentuje najmniejszą ilość materii posiadającą właściwości charakterystyczne rozpatrywanej substancji . Cząsteczki są atomowymi agregatami połączonymi siłami walencyjnymi ( wiązaniami kowalencyjnymi ) i zachowują swoją indywidualność fizyczną. Słabsze siły, takie jak wiązania wodorowe i siły typu van der Waalsa , utrzymują je blisko siebie w stanie ciekłym i / lub stałym .
Złożenie atomów tworzących cząsteczkę nie jest ostateczne, podlega ona modyfikacjom, to znaczy przekształceniu się w jedną lub więcej innych cząsteczek; taka przemiana nazywana jest reakcją chemiczną . Z drugiej strony atomy, które ją tworzą, są znacznie stabilniejszymi zespołami ( cząstkami ), które są konserwowane podczas reakcji chemicznej, ponieważ przemiana atomów, zwana transmutacją , wymaga znacznie większych nakładów energii, reakcji jądrowych .
Skład chemiczny cząsteczki określa jej wzór chemiczny . Przykłady:
Nazwa „cząsteczka” pochodzi od naukowej łacińskiej molekuły , będącej zdrobnieniem od łacińskiej nazwy moli , co oznacza „masę”.
Koncepcja cząsteczki w jej obecnej formie została po raz pierwszy przedstawiona w 1811 r. Przez Avogadro , który był w stanie przezwyciężyć zamieszanie powstałe w tym czasie między atomami i cząsteczkami, dzięki prawom określonych i wielokrotnych proporcji Johna Daltona (1803 - 1808).
Analiza Avogadro została zaakceptowana przez wielu chemików , z godnymi uwagi wyjątkami ( Boltzmann , Maxwell , Gibbs ). Jednak istnienie cząsteczek pozostawało przedmiotem otwartej dyskusji w środowisku naukowym aż do pracy Jeana Perrina ( 1911 ), który następnie eksperymentalnie potwierdził teoretyczne wyjaśnienie ruchów Browna w kategoriach atomów zaproponowane przez Einsteina ( 1905 ). Jean Perrin również przeliczył liczbę Avogadro kilkoma metodami.
Cząsteczki ciała są w ciągłym poruszeniu (z wyjątkiem zera absolutnego ). To poruszenie, zwane ruchami Browna , zostało po raz pierwszy opisane przez Roberta Browna w 1821 roku w cieczach (ale zostało wyjaśnione prawie 100 lat później).
Temperatury z korpusu daje wskazanie stopnia mieszania cząsteczek.
Bardzo słabe siły oddziaływań, które działają na odległość między cząsteczkami, zwane siłami van der Waalsa , warunkują te układy, a tym samym właściwości fizyczne związków molekularnych.
Na przykład wyjątkowe właściwości fizyczne wody są w dużej mierze spowodowane wiązaniami wodorowymi .
Cząsteczki są a priori elektrycznie obojętnymi zbiorami , w których atomy są połączone ze sobą głównie wiązaniami kowalencyjnymi (istnieje wiele przykładów wiązań nadcząsteczkowych van der Waalsa , wiązań typu wodorowego lub jonowego ), w których czasami pojawiają się asymetrie elektronowe, które mogą występować jako o ile dawanie jonów przez solwatację (rozpuszczalniki polarne). Dlatego musimy wywnioskować, że diwodór (H 2), chlor, difluorek i wiele innych dwuatomowych gazów jest elektrycznie obojętnych. Sugeruje to, że gdy są izolowane, są zerowalentne, aby zachować równoważność, którą w każdym równaniu musi być zrównoważona ładunkami i globalnie obojętna jako: 2 H 2 + O 2= 2H 2 O. Tutaj, w części odczynników, wodór i tlen są izolowanymi cząsteczkami i dlatego nie mają własnego ładunku, jak H 2 O(chociaż cząsteczka polarna). Dlatego równanie chemiczne weryfikuje neutralność całego ładunku.
Kształt i rozmiar cząsteczki (lub jej części) może odgrywać rolę w jej zdolności do reagowania. Obecność pewnych atomów lub grup atomów wewnątrz cząsteczki odgrywa główną rolę w jej zdolności do rozkładania lub przyłączania innych atomów z innych ciał, to znaczy do przekształcania się w celu zrodzenia innych cząsteczek.
Różne sposoby reprezentacji cząsteczek mają na celu wyjaśnienie różnych miejsc reaktywnych; pewne łańcuchy atomów, zwane grupami funkcyjnymi , powodują zatem podobieństwa we właściwościach, zwłaszcza w związkach organicznych .
Cząsteczki zawierające co najmniej kilkadziesiąt atomów nazywane są makrocząsteczkami lub polimerami .
Przykłady:
Istnieją cztery kategorie substancji niemolekularnych:
W regionach między układami słonecznymi prawdopodobieństwo spotkania atomów jest bardzo niskie, ale istnieją zespoły molekularne, takie jak diwodór , tlenek węgla, a nawet niektóre fulereny . Komety i gazowe atmosfery planet zawierają większą różnorodność cząsteczek.
Strukturę organizmów biologicznych tworzących biosferę można podzielić na kilka poziomów organizacji: atomowy , molekularny, komórkowy , tkankowy , organiczny , układ nerwowy i wreszcie organizm w całej jego funkcjonalnej całości.
Naukowe badanie organizmów żywych polega na badaniu elementów każdego z tych poziomów, a następnie poprzez zrozumienie interakcji między tymi różnymi poziomami (patrz artykuł Metoda naukowa ).
Badanie poziomu cząsteczek pozwala zrozumieć funkcjonowanie komórki , która jest podstawową jednostką funkcjonalną organizmów żywych.