Introducción
Molécula, la partícula más pequeña de una sustancia, que mantiene las propiedades químicas específicas de esa sustancia. Si una molécula se divide en partes aún más pequeñas, éstas tendrán una naturaleza diferente de la sustancia original. Por ejemplo, una muestra de agua puede dividirse en dos partes, y cada una dividirse a su vez en muestras de agua más pequeñas.
El proceso de división y subdivisión finaliza al llegar a la molécula simple de agua, que si se divide dará lugar a algo que ya no es agua: hidrógeno y oxígeno.
Cada molécula se presenta independientemente de las demás. Si se encuentran dos moléculas, se suele producir un rebote sin que ocurran cambios fundamentales. En caso de encuentros más violentos se producen alteraciones en la composición de las moléculas, y pueden tener lugar transformaciones químicas.
Las moléculas de los compuestos están constituidas por átomos de los elementos que los forman. Se dice que una molécula es diatómica cuando está compuesta por dos átomos y poliatómica si tiene gran número de átomos. Existen moléculas compuestas de cientos, miles, incluso millones de átomos.
Las moléculas simples son las de menor tamaño. Así, las moléculas de hidrógeno tienen un diámetro de unos 10-10 m, y una masa de unos 3 × 10-27 kg. Otras moléculas más complejas adoptan la forma de cadenas, anillos o hélices.
Tipos de moléculas
Las moléculas se pueden clasificar en:
Moléculas discretas, constituidas por un número bien definido de átomos, sean estos del mismo elemento (moléculas homonucleares, como el dinitrógeno o el fullereno) o de elementos distintos (moléculas heteronucleares, como el agua).
Macromoléculas o polímeros, constituidas por la repetición de una unidad comparativamente simple -o un conjunto limitado de dichas unidades- y que alcanzan pesos moleculares relativamente altos.
Dimensión de la molécula
Las dimensiones de la molécula dependen de las características y del número de los átomos que la forman, y pueden ir desde 2,4 ångström (molécula de hidrógeno) hasta longitudes perceptibles a simple vista (moléculas orgánicas o macromoléculas).
La masa de las moléculas es extremadamente pequeña, ya que guarda relación con sus dimensiones, lo que hace evidente la necesidad de recurrir a unidades de masa especiales, tales como la molécula gramo o mol, que equivale a la masa de un cuerpo que en estado gaseoso ocupa el mismo volumen que 32 g de oxígeno (dado que la molécula de este elemento consta de dos átomos).
Por su parte, el volumen molecular, volumen ocupado por una molécula gramo de gas a 0 °C y a la presión atmosférica (760 mm de mercurio), es de 22,4 litros.
Así, el número de moléculas de que consta una molécula gramo es una constante universal (conocida como «número de Avogadro»), cuyo valor es 0,023 . 1023.
En el transcurso de las reacciones químicas a las que se ven sometidas, las moléculas experimentan todo tipo de transformaciones (divisiones, uniones, cambios de parte de sus átomos, etc.), lo que permite la formación de nuevas moléculas (es decir, de nuevos cuerpos).
Teoría molecular
El concepto de molécula, diferenciado del concepto de átomo, fue enunciado por el químico italiano Amedeo Avogadro en 1811. En la llamada ley de Avogadro se establece que bajo una temperatura y presión dadas, volúmenes iguales de dos gases cualesquiera contienen el mismo número de moléculas.
Este planteamiento facilitó el modo de comparación de la masa relativa de las moléculas y la determinación comparativa de la masa de los átomos. Gran parte de la física y química modernas se basan en esta premisa.
Una ampliación de la teoría molecular de Avogadro es la teoría cinética, desarrollada por varios químicos, como el británico James Clerk Maxwell, el holandés Johannes Diderik van der Waals y el austriaco Ludwig Boltzmann. Según esta teoría, las moléculas se encuentran en constante movimiento que aumenta con la temperatura.
Cuando la molécula está compuesta por más de un átomo se produce un fenómeno de vibración dentro de la misma y una rotación semejante a la de la Luna alrededor de la Tierra.
Para percibir estos fenómenos de rotación y vibración internos se emplean diversos métodos como la espectroscopia o la medición del calor específico.
En 1989, los físicos determinaron por primera vez el proceso completo de la reacción molecular más simple (interviniendo átomos de hidrógeno) en términos de la teoría cuántica.
Masa molecular
La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces mayor es la masa de una molécula de una sustancia con respecto a la unidad de masa molecular, aunque son cosas distintas. La fórmula para calcular es: masa molecular= masa atómica de A * nº de átomos de A + masa atómica de B * nº de átomos de B, hasta que no queden más átomos diferentes.
La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los elementos que componen la molécula. Así, en el caso de la masa molecular del agua (H2O), su masa molecular sería: masa atómica de H (1.00797u) * nº de átomos de H (2) + masa atómica de O (15.9994u) * nº de átomos de O (1) –> 2×1.00797u+15.9994u=18.01534u
La masa molecular, al igual que la masa atómica, es expresada en unidades de masa atómica: Umas (u)