Cząsteczka

Cząsteczka, molekuła^[1] – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym^[2][3].

Nie mylić z: cząstka.

Przykładowa cząsteczka chemiczna – woda. Wzór strukturalny z uwidocznieniem wolnych par elektronowych

Przykładowa cząsteczka chemiczna – woda. Model kulowo-prętowy

Przykładowa cząsteczka chemiczna – woda. Model wypełnienia przestrzeni

Przykładowa cząsteczka chemiczna – woda. Model kulowo-prętowy z uwidocznieniem powierzchni potencjału elektrycznego

Cząsteczki różnią się od innych indywiduów chemicznych (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego.

W teorii kinetycznej gazów pojęcie cząsteczka często jest używane do opisu gazowej cząstki bez względu na jej budowę. Według tej teorii gazy szlachetne składają się z cząsteczek, pomimo że składają się z pojedynczego, niezwiązanego wiązaniem chemicznym atomu^[4].

Cząsteczka może się składać z atomów jednego pierwiastka, jak w przypadku tlenu (O₂), lub różnych, czego przykładem jest woda (H₂O). Układy atomów powiązane oddziaływaniami słabszymi od wiązań kowalencyjnych np: wodorowymi nie są uważane za cząsteczki chemiczne i są nazywane strukturami supramolekularnymi.^[5][6].

Cząsteczki jako składniki materii są powszechne wśród substancji organicznych. Tworzą także większą część hydrosfery i atmosfery. Jednak większość znanych stałych substancji na Ziemi, włączając w to minerały tworzące skorupę, płaszcz i jądro Ziemi, zawiera wiele wiązań chemicznych, ale nie są one zbudowane z „rozpoznawalnych” cząsteczek. Do substancji zawierających struktury, dla których nie można wyróżnić pojedynczych cząsteczek, zaliczane są również kryształy jonowe (sole) i kryształy kowalencyjne (diament, kwarc, chlorek sodu). Układ powtarzających się jednostek-komórek-struktur występuje również w ciałach z wiązaniem metalicznym, co oznacza, że metale w postaci stałej także nie są zbudowane z cząsteczek. W szkłach (ciałach stałych posiadających bezpostaciową, nieuporządkowaną strukturę) atomy mogą być utrzymywane z sobą poprzez wiązania chemiczne, bez tworzenia jakiejkolwiek określonej cząsteczki oraz bez regularności powtarzających się jednostek (charakterystycznych dla kryształów).^{[potrzebny przypis]}

Rozmiary cząsteczek

Większość cząsteczek jest zdecydowanie za mała, by można było je zobaczyć za pomocą metod optycznych – ale są wyjątki. makrocząsteczka DNA może osiągnąć rozmiary makroskopowe, tak jak inne cząsteczki polimerów. Guma znana z opon czy butów jest pojedynczą molekułą^[7]. Cząsteczki powszechnie używane jako jednostki budulcowe syntezy organicznej mają wymiary od kilku do kilkudziesięciu Å. Niewielkie cząsteczki (poniżej 800 daltonów) mogą być obserwowane przy użyciu mikroskopii sił atomowych.^{[potrzebny przypis]}

Najmniejszą cząsteczką jest dwuatomowa cząsteczka wodoru, H
2, o masie cząsteczkowej 2 Da (zawiera dwa protony i dwa elektrony), z długością wiązania 0,74 Å^[8]. Z kolei w roku 2010 otrzymano największą wówczas cząsteczkę syntetyczną o zdefiniowanej strukturze, nazwaną PG5. Składa się ze sfunkcjonalizowanego łańcucha węglowodorowego, na którym zbudowano struktury dendrymeryczne. Cząsteczka ma długość ok. 1 μm i średnicę 10 nm. Zawiera ok. 17 mln atomów, a jej masa cząsteczkowa wynosi ok. 200 mln Da^[9][10][11].

Spektroskopia cząsteczkowa

Spektroskopia cząsteczkowa zajmuje się odpowiedzią cząsteczki oddziałującej z sygnałem próbkującym o znanej energii (lub częstotliwości, wg równania stałej Plancka). Cząsteczki posiadają skwantowane poziomy energetyczne, które mogą być analizowane przez wykrywanie wymiany energii cząsteczki poprzez absorbancję lub emisję^[12].