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Molécula

Molécula

Definición de molécula en química: una molécula es una entidad eléctricamente neutra compuesto de dos o más átomos del mismo elemento o elementos diferentes, unidos por un enlace químico covalente.

En química orgánica y bioquímica, el término molécula a veces también identifica iones poliatómicos, mientras que en la teoría cinética de los gases a menudo se usa para cada partícula gaseosa, independientemente de su composición: con esta definición, incluso los átomos individuales de la familia de los gases nobles pueden considerarse moléculas.

Una molécula puede estar compuesta de múltiples átomos de un solo elemento químico o átomos de diferentes elementos. Las familias de moléculas formadas por los mismos átomos dispuestos en el espacio de manera diferente se llaman isómeros, y la disposición afecta las propiedades físicas de la sustancia.

Tipos de moléculas

Las moléculas pueden ser formadas de dos maneras diferentes:

  • Moléculas discretas: las moléculas pueden estar formadas por un número bien definido de átomos (generalmente un número pequeño). Las entidades que constituyen en este caso se llaman moléculas discretas. Estas moléculas suelen existir tanto en estado gaseoso como en estado condensado. Un ejemplo de moléculas discretas son las moléculas de hidrógeno o de glucosa.
  • Moléculas gigantes. En este segundo caso las moléculas pueden estar formadas por agregados de átomos o iones que existen sólo en estado condensado. Estas estructuras se extienden indefinidamente en el espacio. En este caso distinguimos tres sub-grupos: si se extienden en una dirección las llamaos cadenas infinitas, si se extienden en dos  en una direcciones las llamamos cadenas infinitas), si se extienden en tres direcciones las llamamos estructuras tridimensionales infinitas. En estos últimos casos las moléculas son llamadas moléculas gigantes. Como ejemplos de moléculas gigantes tenemos un cristal iónico, una sal fundida, un metal sólido o fundido, un sólido covalente (como el diamante o la sílice, en el que todos los átomos quedan unidos a los vecinos más próximos por enlaces covalentes de igual fuerza).

Los sólidos dedos moleculares (constituidos por cristales donde las moléculas ocupan los nudos del retículo) y los líquidos moleculares, normales o asociados, son agregados de moléculas discretas. En estos tipos de estructuras las fuerzas que mantienen la cohesión entre las moléculas (fuerzas de van der Waals o enlaces hidrógeno) son mucho más débiles que las fuerzas de valencia que enlazan los átomos en el interior de la molécula. En consecuencia, las distancias intermoleculares son netamente más elevadas que las intramoleculares.

¿Qué son las macromoléculas?

Las macromoléculas son moléculas gigantes donde los enlaces entre los átomos son de naturaleza covalente.

Las moléculas discretas también pueden ser macromoléculas. En este caso, las moléculas discretas solo pueden ser macromoléculas en estado condensado cuando son constituidas por un número muy elevado de átomos. Las macromoléculas discretas pueden agruparse también de una manera ordenada formando cristales.

Movimiento de las moléculas

En el caso de los gases las moléculas son animadas a temperatura ambiente con movimientos rápidos de traslación y de rotación. En el caso de los sólidos y líquidos moleculares hay sobre todo oscilaciones en torno a posiciones de equilibrio.

Los átomos que constituyen las moléculas son en posiciones geométricamente definidas aunque en el interior de las moléculas hay movimientos de vibración. De esta manera las moléculas discretas tienen forma y se puede hablar de distancias y de ángulos de enlace. Sin embargo, estas distancias y estos ángulos no son absolutamente fijos.

Energía de las moléculas

La energía cinética (rotacionales, vibracional) y la energía electrónica de las moléculas se pueden cuantificar. Los intercambios de energía con radiación electromagnética dan lugar a los espectros moleculares. La energía total de las moléculas depende de la temperatura (en particular la energía de los movimientos de vibración de los átomos en su interior). A temperaturas suficientemente altas las vibraciones se convierten de tal amplitud que las moléculas se disocian en los átomos que las componen.

Aunque las moléculas son eléctricamente neutras, las moléculas están formadas por átomos (electrones, protones y neutrones), es decir, por partículas cargadas. Llamamos moléculas no polares si la distribución de las cargas eléctricas está simétrica. En cáncer, llamamos moléculas polares si es asimétrica.

Características y modelos de las moléculas

El número de elementos químicos descubiertos es de 116. Sin embargo, existen dos millones de sustancias químicas identificadas. Por este motivo es importante la definición de los parámetros característicos de las moléculas como la energía de sus enlaces, sus longitudes, sus ángulos y el momento dieléctrico además de la geometría molecular.

Modelo de Lewis

La formación de moléculas se puede ilustrar con una serie de modelos. El más antiguo es el modelo de Lewis, que explica la formación de enlaces moleculares por la necesidad de obtener por cada átomo una configuración electrónica de gas noble. Se trata de la regla del octeto, que no se cumple siempre.

Modelo molecular de enlace de valencia

El modelo del enlace de valencia, más actualizado, considera la superposición (axial o lateral) de orbitales atómicos de diferentes átomos. Esta teoría se complementa con la introducción de la hibridación de orbitales, que permite explicar las configuraciones espaciales de las moléculas.

Modelo de los orbitales de moleculares

Un tercer modelo es el de los orbitales moleculares. Según este modelo los orbitales atómicos se enlazan entre ellos para formar orbitales moleculares. Los orbitales moleculares son compartidos por los dos átomos que forman los enlaces. Los electrones que se encuentran situados en los orbitales moleculares pertenecen a los núcleos de ambos átomos vez.

Actualmente la investigación molecular se centra cada vez más en moléculas complejas (por ejemplo las moléculas biológicas) y en macromoléculas (por ejemplo los polímeros).

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Última revisión: 9 de febrero de 2020