Definición De Molécula

Como Molécula se describe un grupo de dos o más átomos que forman la unidad identificable más pequeña en la cual una sustancia pura se puede dividir y aún retiene la composición y las propiedades químicas de esa sustancia.

La división de una muestra de una sustancia en partes progresivamente más pequeñas no produce ningún cambio ni en su composición ni en sus propiedades químicas hasta que se alcanzan las partes que consisten en moléculas individuales. Una mayor subdivisión de la sustancia conduce a partes aún más pequeñas. Estas generalmente difieren de la sustancia original en su composición y siempre difieren de ella en propiedades químicas. En esta última etapa de fragmentación, los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos en la molécula se rompen.

Los átomos consisten en un solo núcleo con una carga positiva rodeada por una nube de electrones cargados negativamente. Cuando los átomos se acercan entre sí, las nubes de electrones interactúan entre sí y con los núcleos. Si esta interacción es tal que la energía total del sistema disminuye, entonces los átomos se unen para formar una molécula. Así, desde un punto de vista estructural, una molécula consiste en una agregación de átomos unidos por fuerzas de valencia.

Las moléculas llamadas diatómicas son aquellas que tienen dos átomos y estos están unidos químicamente. Si esos dos átomos son idénticos, como por ejemplo, en la molécula del oxígeno (O2), a esta se le llama molécula diatómica homonuclear. De la misma manera si los átomos son diferentes, como sucede en el monóxido de carbono (CO), forman lo que se conoce como diatómica heteronuclear. Por su parte, las que contienen más de dos átomos son conocidas como poliatómicas. Un ejemplo de estas es el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O).

La proporción de los números de átomos que pueden unirse entre sí para formar moléculas es fija; por ejemplo, cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Es esta característica la que distingue los compuestos químicos de las soluciones y otras mezclas mecánicas. Por lo tanto, el hidrógeno y el oxígeno pueden estar presentes en cualquier proporción arbitraria en mezclas mecánicas. Pero cuando se activan se combinarán solo en proporciones definidas para formar el compuesto químico agua (H2O).

Es posible que los mismos tipos de átomos se combinen en proporciones diferentes pero definidas para formar moléculas diferentes; por ejemplo, dos átomos de hidrógeno se unirán químicamente con un átomo de oxígeno para producir una molécula de agua. Mientras que dos átomos de hidrógeno pueden unirse químicamente con dos átomos de oxígeno para formar una molécula de peróxido de hidrógeno (H2O2).

Además, es posible que los átomos se unan entre sí en proporciones idénticas para formar moléculas diferentes. Estas moléculas se denominan isómeros y se diferencian solo en la disposición de los átomos dentro de las moléculas. Por ejemplo, el alcohol etílico (CH3CH2OH) y el metil éter (CH3OCH3) contienen uno, dos y seis átomos de oxígeno, carbono e hidrógeno, respectivamente, pero estos átomos están unidos de diferentes maneras.

No todas las sustancias están compuestas por unidades moleculares distintas. El cloruro de sodio (sal de mesa común), por ejemplo, consiste en iones de sodio e iones de cloro dispuestos en una red, de modo que cada ión de sodio está rodeado por seis iones de cloro equidistantes y cada ión de cloro está rodeado por seis iones de sodio equidistantes.

Las fuerzas que actúan entre cualquier sodio y cualquier ion cloro adyacente son iguales. Por lo tanto, no existe un agregado distintivo identificable como una molécula de cloruro de sodio. En consecuencia, en el cloruro de sodio y en todos los sólidos de tipo similar, el concepto de molécula química no tiene importancia. Por lo tanto, la fórmula para dicho compuesto se da como la proporción más simple de los átomos, llamada unidad de fórmula, en el caso del cloruro de sodio, NaCl.

Unión de las Moléculas

Las moléculas se mantienen unidas por pares de electrones compartidos, o enlaces covalentes. Dichos enlaces son direccionales, lo que significa que los átomos adoptan posiciones específicas entre sí para maximizar las fuerzas de enlace. Como resultado, cada molécula tiene una estructura definida, bastante rígida, o distribución espacial de sus átomos.

La química estructural se ocupa de la valencia, que determina cómo se combinan los átomos en proporciones definidas y cómo se relaciona esto con las direcciones de enlace y las longitudes de enlace. Las propiedades de las moléculas se correlacionan con sus estructuras; por ejemplo, la molécula de agua se curva estructuralmente y, por lo tanto, tiene un momento dipolar, mientras que la molécula de dióxido de carbono es lineal y no tiene momento dipolar.

La aclaración de la manera en que se reorganizan los átomos en el curso de las reacciones químicas es importante. En algunas moléculas la estructura puede no ser rígida; por ejemplo, en el etano (H3CCH3) existe una rotación prácticamente libre sobre el enlace simple carbono-carbono.

Posiciones nucleares

Las posiciones nucleares se determinan a partir de espectros de rotación de vibración de microondas o por difracción de neutrones. La nube de electrones que rodea los núcleos puede estudiarse mediante experimentos de difracción de rayos X. Se puede obtener más información mediante resonancia de espín de electrones o técnicas de resonancia magnética nuclear. Los avances en la microscopía electrónica han permitido producir imágenes visuales de moléculas y átomos individuales.

En teoría, la estructura molecular se determina resolviendo la ecuación cuántica mecánica para el movimiento de los electrones en el campo de los núcleos (denominada ecuación de Schrödinger). En una estructura molecular, las longitudes de enlace y los ángulos de enlace son aquellos para los cuales la energía molecular es la menor. La determinación de estructuras por solución numérica de la ecuación de Schrödinger se ha convertido en un proceso altamente desarrollado que implica el uso de computadoras y supercomputadoras.

Peso Molecular

El peso molecular es la suma de los pesos atómicos de sus átomos componentes. Si una sustancia tiene un peso molecular M, entonces M gramos de la sustancia se denomina un mol. El número de moléculas en un mol es el mismo para todas las sustancias; este número se conoce como el número de Avogadro (6.022140857 × 1023). Los pesos moleculares se pueden determinar por espectrometría de masas y por técnicas basadas en termodinámica o fenómenos de transporte cinético.

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