Молекулою називають найменшу частку речовини, що володіє його хімічними властивостями.
Молекула складається з атомів, а точніше, з атомних ядер, оточених внутрішніми електронами, тоді як зовнішні, валентні електрони беруть участь в утворенні хімічних зв'язків.
Кожна молекула має певний якісний і кількісний склад. Так, молекула води складається з атомів водню і кисню (якісний склад), причому в ній міститься один атом кисню і два атоми водню (кількісний склад). Іноді кількісний склад молекул виражають у відсотках (по масі): в Н20-11,1% водню і 88,9% кисню.
Крім складу молекули характеризуються певною структурою або будовою. Часто терміни «структура» і «будова» ототожнюють, іноді ж їх розрізняють, кажучи про «ядерної структурі» і «електронну будову» молекул. Але в будь-якому випадку необхідно чітко обумовлювати, про що йде мова: про взаємне розташування і переміщення атомних ядер або ж про розподіл електронної щільності.
Атоми в молекулах пов'язані в певному порядку. Так, в молекулі аміаку NH3 кожен атом водню сполучений однієї ковалентного зв'язком з атомом азоту; між самими водневими атомами хімічний зв'язок відсутній (останнє, щоправда, не означає, що між хімічно непов'язаними атомами відсутня взагалі будь-яке взаємодія. Наявність зв'язків між одними атомами і відсутність їх між іншими зображують у вигляді так званих графічних, або структурних, формул.
Ці властивості називають Неметричні. Молекули мають як метричними властивостями (довжини хімічних зв'язків, кути між ними та ін.), Так і Неметричні (молекула може бути циклічної, скажімо бензол, або нециклічні, н-бутан; мати центральний атом, оточений лігандами, PCI5, або являти собою як б «клітку» (див. на с. 146, вгорі) і т. д.). Під топологією молекули розуміють сукупність її неметричних властивостей.
Топологія молекулярних систем тісно пов'язана з їх властивостями. Наприклад, молекули етанолу і ди- метилового ефіру топологічно різні (рис, на с. 146, в середині, зліва), що дозволяє зрозуміти різницю в деяких властивостях цих з'єднань (етанол може давати реакції за участю групи ОН і водню цієї групи, ефір - немає і т. д.). Але властивості молекул залежать не тільки від їх топології, але і від інших факторів (геометрії молекули, розподілу електронної щільності в ній і ін. См. Стереохімія).
В останні роки увагу вчених привернув новий клас молекулярних систем так звані нежорсткі молекули. Як відомо, ядра в молекулах рухаються. В силу різкого розходження в масах ядер і електронів ядерні руху (коливання) відбуваються набагато повільніше електронних, тому можна вважати, що електрони в молекулах рухаються в поле нерухомих атомних ядер. Звичайно, таке припущення є наближенням, яке називається адіабатичним. Для багатьох молекул, де ядра роблять невеликі за амплітудою коливання близько певних положень в просторі, адіабатичне наближення цілком прийнятно. Такі молекули називають структурно-жорсткими, наприклад СН4, Н20 і т. Д.
Однак є молекули, їх називають нежорсткими, в яких ядра здійснюють значні переміщення. У подібних випадках поняття про незмінну рівноважної геометрії молекули втрачає сенс. Наприклад, в борогідріда літію LiBH4 катіон Li + як би обертається навколо аниона ВН "4. Зрозуміло, щоб іон Lif зміг почати подібне« подорож », молекула повинна отримати певну енергію. Для нежорстких молекул ця енергія невелика: для LiBH4 вона становить близько 16 кДж / моль, т. е. в багато разів менше енергії хімічного зв'язку. Іншим прикладом нежорсткій молекули може служити аміак NH3. Повертаючись до «звичайним», жорстким молекулам, слід зазначити, що при одному і тому ж складі вони можуть мати різну топологію і геометрію, т. е. давати різного ти а ізомери (див. Ізомерія; Таутомерія).
Структура і навіть склад молекул можуть змінюватися при зміні агрегатного стану речовини і зовнішніх умов, головним чином температури і тиску. Наприклад, в газоподібному оксиді азоту (V) існують окремі молекули N2O5, тоді як в твердому стані у вузлах кристалічної решітки цього оксиду знаходяться іони NO ^ і NO; i. т. е. можна сказати, що твердий N2O5 - це сіль - нітрат нитрония.
У твердому тілі молекули можуть зберігати чи не зберігати свою індивідуальність. Так, більшість органічних сполук утворюють молекулярні кристали, в вузлах решіток яких знаходяться молекули, пов'язані один з одним відносно слабкими міжмолекулярними взаємодіями. В іонних (наприклад, NaCl) і атомних (алмаз, графіт) кристалах немає окремих молекул, і весь кристал - це як би одна гігантська молекула. Правда, останнім часом в теорії твердого тіла почали широко використовувати молекулярні моделі, однак це потребувало деякого перегляду поняття елементарної комірки кристала.
Вивчення будови і властивостей молекул має фундаментальне значення для природознавства в цілому.