Molécula

De acordo com o Merriam-Webster e o Online Etymology Dictionary, a palavra "molécula" deriva do latim " moles " ou pequena unidade de massa. A palavra deriva do francês molécule (1678), do neolatim molecula, diminutivo do latim moles "massa, barreira". A palavra, que até o final do século XVIII era utilizada unicamente na forma latina, tornou-se popular após passar a ser utilizada nas obras de filosofia de Descartes .

A definição de molécula evoluiu à medida que o conhecimento da estrutura das moléculas aumentou. As definições anteriores eram menos precisas, definindo as moléculas como as mais pequenas partículas de substâncias químicas puras que ainda retêm a sua composição e propriedades químicas. Esta definição falha muitas vezes, uma vez que muitas substâncias na experiência ordinária, como rochas, sais e metais, são compostas de grandes redes cristalinas de átomos ou iões quimicamente ligados, mas não são constituídos por moléculas discretas. O conceito moderno de moléculas pode ser rastreado até aos filósofos pré-científicos e gregos, como Leucipo e Demócrito, que argumentaram que todo o universo é composto de átomos e vazios . Por volta de 450 a.C., Empédocles imaginou elementos fundamentais ( fogo ) ), terra ( ), ar ( ) e água ( )) e "forças" de atração e repulsão permitindo que os elementos interajam.

A ciência molecular é chamada de química molecular ou física molecular, dependendo se o foco é a química ou a física. A química molecular trata das leis que regem a interação entre moléculas que resulta na formação e quebra de ligações químicas, enquanto a física molecular trata das leis que regem a sua estrutura e propriedades. Na prática, porém, esta distinção é vaga. Em ciências moleculares, uma molécula consiste em um sistema estável ( estado ligado ) composto de dois ou mais átomos. Íões poliatómicos podem por vezes ser utilmente consideradas moléculas eletricamente carregadas. O termo molécula instável é usado para espécies muito reativas, ou seja, conjuntos de curta duração (ressonâncias) de eletrões e núcleos, como radicais, íões moleculares, moléculas de Rydberg, estados de transição, complexos de van der Waals ou sistemas de átomos em colisão como no condensado de Bose–Einstein .

As moléculas são comuns como componentes da matéria. Constituem também a maior parte dos oceanos e da atmosfera. A maioria das substâncias orgânicas são moléculas. A maioria das substâncias orgânicas são moléculas. As substâncias da vida são moléculas, por exemplo, as proteínas, os aminoácidos de que são constituídas, os ácidos nucleicos (ADN e ARN), os açúcares, os hidratos de carbono, as gorduras e as vitaminas. Os minerais nutrientes são geralmente compostos iónicos, pelo que não são moléculas, por exemplo, sulfato de ferro. No entanto, a maioria das substâncias sólidas familiares na Terra são constituídas parcial ou totalmente por cristais ou compostos iónicos, que não são constituídos por moléculas. Isto inclui todos os minerais que constituem a substância da Terra, areia, argila, seixos, rochas, pedregulhos, leito rochoso, o interior derretido e o núcleo da Terra . Todos eles contêm muitas ligações químicas, mas não são constituídos por moléculas identificáveis.

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Um antigo conceito diz que uma molécula é a menor parte de uma substância que mantém suas características de composição e propriedades químicas, entretanto tem-se conhecimento atualmente que as propriedades químicas de uma substância não são determinadas por uma molécula isolada, mas por um conjunto mínimo destas. Muitas substâncias familiares são feitas de moléculas (por exemplo açúcar, água, e a maioria dos gases) enquanto muitas outras substâncias igualmente familiares não são moleculares em sua estrutura (por exemplo sais, metais, e os gases nobres). Quando iniciou-se o estudo e formulação da teoria atômica, era dado o nome de átomo a qualquer entidade química que poderia ser considerada fundamental e indivisível. As observações no comportamento dos gases levaram ao conceito de átomo como unidade básica da matéria e relacionada ao elemento químico, desta forma, houve uma distinção da molécula como "porção fundamental de todo composto", obtida pela união de vários átomos por ligações de natureza diferente. Na época do átomo de Dalton, os conceitos de átomo e molécula eram indistintos.

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A mecânica clássica e o eletromagnetismo clássico não conseguiam explicar a existência e a estabilidade das moléculas, pois, de acordo com as suas equações, uma carga elétrica acelerada emitiria radiação, pelo que os eletrões perderiam necessariamente energia cinética por radiação até atingirem o núcleo atómico. A mecânica quântica forneceu o primeiro modelo qualitativamente correto que também previu a existência de átomos estáveis ​​e forneceu uma explicação quantitativa bastante aproximada para fenómenos empíricos como os espectros de emissão característicos de cada elemento químico. Na mecânica quântica, uma molécula ou um ião poliatómico é descrito como um sistema formado por N electrões de massa m e M núcleos de massa mj. Na mecânica quântica, as interações físicas destes elementos são representadas por um Hamiltoniano quântico, cujos autovalores serão as energias permitidas do sistema e cujas autofunções descreverão os orbitais moleculares da molécula, e a partir destes objetos podem ser deduzidas as propriedades químicas da molécula. De seguida, a carga de cada eletrão será designada por e, enquanto que a de cada núcleo, com Zj os protões, será Zje. Para estudar este sistema, é necessário analisar o seguinte hamiltoniano quântico: