Molekul

Molekul on keemilise aine vähim osake, millel on selle aine keemilised omadused.
Keemias kasutatava ametliku definitsiooni järgi on molekul elektriliselt neutraalne osake, mis koosneb kahest või enamast ühe või mitme keemilise elemendi aatomist, mis on omavahel ühendunud keemiliste sidemetega. Rangelt võttes ei hõlma molekuli definitsioon ioonsete ainete (nt NaCl) struktuuriühikuid, kuid lihtsuse huvides kasutatakse tihti ka nendest rääkides molekuli mõistet. Mitteranges mõttes nimetatakse molekulideks sageli ka vabasid aatomeid või mitmest aatomist koosnevaid ioone.
Molekul on kahest või enamast aatomist koosnev elektriliselt neutraalne ühend, milles aatomeid hoiavad koos keemilised sidemed. Molekulid erinevad ioonidest selle poolest, et neil pole laengut.
Gaaside kineetilises teoorias kasutatakse terminit "molekul" iga gaasifaasis oleva osakese kohta, olenemata selle koostisest. Selle definitsiooni järgi on väärisgaaside aatomid molekulid.

17. sajand

Kõige varasemad teooriad molekulide kohta pärinevad 17. sajandist. Vanakreeka filosoofid Leukippos, Demokritos ja Epikuros arvasid, et materjali kõvadus oleneb sellest, missuguse kujuga aatomeid ta sisaldab. Seetõttu olid nende arvates näiteks raua aatomid kõvad ja tugevad, vee aatomid libedad ja siledad, soola aatomid teravad ja nurksed. 17. sajandil tuli aga Isaac Newton välja teooriaga, milles ta väitis, et osakesi hoiab koos mingisugune jõud, mis on vahetul kokkupuutel väga tugev.

18. sajand

Prantsuse keemik Étienne François Geoffroy töötas 18. sajandil välja keemilise afiinsuse teooriad, et selgitada osakeste teket. Aastal 1738 avaldas Šveitsi füüsik ja matemaatik Daniel Bernoulli raamatu, mis rajas aluse gaaside kineetilisele teooriale. Ta väitis, et gaasid koosnevad paljudest molekulidest, mis liiguvad igas suunas, et nende mõju pinnale põhjustab rõhu, mida me tunneme, ja et soojus on põhjustatud gaasiosakeste liikumisest.

19. sajand

19. sajandil, 1811. aastal avaldas Amedeo Avogadro artikli, kus väitis, et väiksed gaasiosakesed ei ole lihtsalt aatomid, vaid on tekkinud mitmetest aatomitest ning moodustavad molekuli. Archibald Scott Couper leidis aga, et aatomid on omavahel ühendatud ja moodustavad kolmemõõtmelisi struktuure.

20. sajand

20. sajandil arenes molekulide teooria väga palju. Saksa keemik Richard Abegg avastas, et aatomid, mille elektronkihil on juba 8 elektroni, alustavad uue kihi täitmist ja et mõned aatomid, millel on elektronkihil 8 elektroni, on stabiilsemad. Peaaegu kümme aastat hiljem avaldas Alfred Lauck Parson artikli, kus väidab, et elektronid ei ole lihtsalt elektrilised laengud, vaid on lisaks sellele ka väiksed magnetid ja seetõttu toimub keemilises sidemes elektronide jagamine kahe aatomi vahel.
Lewis väitis, et kaks aatomit alluvad oktetireeglile mitte ainult ühe aatomi pealt teisele elektrone kandes, vaid ka ühe või rohkemate elektronpaaride jagamisega. Linus Pauling avaldas artikli, milles ta kasutas kvantmehaanikat, et välja arvutada molekulide omadusi ja struktuuri. Nendele ideedele toetudes lõi Pauling hübridisatsiooniteooria ja sai tänu sellele ka Nobeli auhinna.

21. sajand

Aastal 2009 tehti esimene pilt päris molekulist. Selleks kasutati aatomijõumikroskoopi, mille abil oli näha iga pentatseeni aatom ja keemiline side.

Liikuvus

Molekulid on alati liikuvuses. Tahketes ainetes võnguvad molekulid oma tasakaaluoleku ümber, vedelikes toimub molekulide korrapärane liikumine ning gaasides korrapäratu liikumine. Temperatuuri tõustes molekuli liikuvus kasvab.

Homo- ja heteronukleaarsus

Molekulid saavad olla kas homonukleaarsed või heteronukleaarsed.
Homonukleaarne molekul koosneb kahest või enamast ühe elemendi aatomist, näiteks N₂ või O₂.
Heteronuklearne molekul koosneb kahest või enamast erinevate elementide aatomitest, näiteks C₂H₅OH ja H₂O. Aatomeid ja komplekse, mis on ühendatud mittekovalentse sideme, näiteks vesiniksideme, ei nimetata tavaliselt molekulideks.

Molekulmass

Molekulmass on kõigi molekulis olevate aatomite aatommasside summa. Molekulmassi arvutamisel tuleb arvestada alaindeksitega molekulvalemis.

Mool

Molekulide puhul on mool ainehulk, milles on 6,02×10²³ ehk Avogadro arv molekule.

Suurus

Enamasti on molekulid nii väikesed, et palja silmaga neid ei näe, aga on ka erandeid. DNA ja paljud polümeeride molekulid võivad saavutada makroskoopilisi suurusi ja olla silmaga nägemiseks piisavalt suured. Tavalise molekuli suurus jääb mõne kuni mitme tosina Å vahele. 
Kõige väiksem molekul on diaatomiline vesinik (H₂), kus sideme pikkuseks on 0,74 Å.

Keemilised sidemed

Molekule hoiavad koos keemilised sidemed. Molekulidevahelised sidemed jagunevad kovalentseteks ja ioonilisteks sidemeteks.

Kovalentne side

Kovalentne side on kahe aatomi vahel siis, kui nad jagavad elektronpaari. Kovalentne side saab olla polaarne või mittepolaarne. Polaarse kovalentse sideme korral on side tekkinud kahe erineva elektronegatiivsusega aatomi vahel. Suurema elektronegatiivsusega aatom mõjutab elektronpaari tugevamini ning elektronid on nihutatud selle elemendi aatomi poole. Mittepolaarse kovalentse sideme puhul on mõlema aatomi elektronegatiivsused võrdsed ning elektrontihedus on jaotatud mõlema aatomituuma suhtes sümmeetriliselt.

Iooniline side

Iooniline side tekib vastasmärgiliste laengutega ioonide vahel. Ioonid on aatomid, mis on kaotanud ühe või rohkem elektrone (katioonid) või aatomid, mis on juurde võtnud ühe või enam elektrone (anioonid). Tavaliselt on katiooniks metalliaatom ja aniooniks mittemetalli aatom.

Molekulaarteadus

Molekulide teadust kutsutakse molekulaarkeemiaks või molekulaarfüüsikaks, olenevalt sellest, kas fookus on keemial või füüsikal. Molekulaarkeemia tegeleb molekulidevaheliste seadustega, mille tulemusel tekivad või katkevad keemilised sidemed. Molekulaarfüüsika tegeleb molekulide struktuuri ja omadustega.

Molekulvalem

Molekulvalem on keemiline valem, mis näitab molekuli koostist. Molekulvalem näitab, mis aatomeid ja kui palju on antud molekulis. Näiteks benseeni molekulis C₆H₆ on 6 süsiniku ja 6 vesiniku aatomit.

Empiiriline valem

Empiiriline valem on lihtsustatud, see iseloomustab molekulis esinevate aatomite suhet. Näiteks benseeni korral on see CH ehk iga süsiniku aatomi kohta on üks vesiniku aatom.