Vidi kôd stranice Molekula

[[datoteka:DNA animation.gif|250px|mini|desno|Dio molekule [[DNK]].]]

[[datoteka:Wassermolekülmodell.png|250px|mini|desno|Kalotni model molekule [[voda|vode]], molekulske formule H<sub>2</sub>O.]]

[[datoteka:Pentacene on Ni(111) STM.jpg|250px|mini|desno|Slika [[Pretražni mikroskop s tuneliranjem|pretražnog mikroskopa s tuneliranjem]] molekule pentacen, koja se sastoji od linearnih lanaca od 5 ugljikovih prstenova.<ref>{{cite journal |doi=10.1039/C4NR07057G |pmid=25619890 |title=Pentacene on Ni(111): Room-temperature molecular packing and temperature-activated conversion to graphene |journal=Nanoscale |volume=7 |issue=7 |pages=3263–9 |year=2015 |last1=Dinca |first1=L.E. |last2=De Marchi |first2=F. |last3=MacLeod |first3=J.M. |last4=Lipton-Duffin |first4=J. |last5=Gatti |first5=R. |last6=Ma |first6=D. |last7=Perepichka |first7=D.F. |last8=Rosei |first8=F. |bibcode=2015Nanos...7.3263D|issn = 2040-3364}}</ref>]]

[[datoteka:Mol geom methanol.PNG|250px|mini|desno|Model kuglica-štapić molekule [[metanol]]a.]]

[[datoteka:Methane-2D-dimensions.svg|250px|mini|desno|Strukturna formula [[metan]]a.]]

'''Molekula''' (novolat. ''molecula'': mala masa, od [[Latinski jezik|lat]]. moles: ''masa'') je najmanja jedinica neke jednostavne ili složene čiste [[Kemijska tvar|kemijske tvari]] koja još ima za tu tvar karakteristična kemijska svojstva. Molekula se sastoji od [[atom]]a, među sobom jednakih u elementarnim tvarima, a različitih u [[Kemijski spojevi|kemijskim spojevima]]. Molekula je u načelu [[Električni naboj|električki neutralna]], sa sparenim brojem [[elektron]]a, iako se katkad molekulama smatraju i [[ion]]i i [[Radikal (kemija)|slobodni radikali]] (koji su električno nabijeni). Atome u molekuli drže na okupu [[Kemijska veza|kemijske veze]]. Broj atoma u molekuli može biti vrlo različit, tako na primjer molekula [[kisik]]a sastoji se od 2 atoma (O<sub>2</sub>), ugljikova dioksida od 3 atoma (CO<sub>2</sub>) i tako dalje, sve do više milijuna atoma (na primjer molekule [[virus]]a). Molekularna formula pokazuje koji atomi i u kojem omjeru tvore molekulu, a iz toga slijedi i relativna molekularna masa. Način povezivanja atoma u molekuli prikazuje strukturna formula, a prostorni smještaj atoma u molekuli stereokemijska formula ([[kemijska formula]]). 

Veličina molekule ovisi o broju, vrsti i rasporedu atoma i većinom je u granicama između od 0,1 do 10 [[nanometar]]a, dok je [[masa]] obično između 10<sup>–24</sup> i 10<sup>–20</sup> [[gram]]a. Masa golemih molekula ([[makromolekula]]), koje se katkad mogu vidjeti [[Elektronski mikroskop|elektronskim mikroskopom]], mnogo je veća (oko 10<sup>–18</sup> grama). Postojanje manjih molekula očituje se u mnogim pojavama kao što su [[difuzija]], [[Brownovo gibanje]], volumni odnosi pri spajanju [[plin]]ova, [[toplinsko zračenje]], [[raspršenje svjetlosti]] u [[atmosfera|atmosferi]], [[ogib]] ili [[difrakcija]] [[Rendgenske zrake|rendgenskih zraka]] i drugo. Podrobni podatci o strukturi molekula [[pokus]]ima (eksperimentalno) se dobivaju njihovim međudjelovanjem s [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskim zračenjem]] ([[spektroskopija]])<ref> '''molekula''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=41589] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>

O postojanju molekula može se govoriti samo ako postoje određene (definirane) skupine atoma koje se na okupu drže [[sila]]ma dovoljno jakima da se ta skupina može smatrati jedinkom. Tako su građeni spojevi u kojima su atomi povezani [[Kovalentna veza|kovalentnim vezama]], ponajprije većina [[Organska kemija|organskih spojeva]], [[plin]]ovi (osim [[Plemeniti plinovi|plemenitih plinova]]) i drugo. Nasuprot tomu, u mnogim [[Kristalizacija|kristaliziranim]] [[Anorganska kemija|anorganskim tvarima]] ([[metal]]i i njihove [[soli]]) svi su atomi međusobno povezani [[Ionska veza|ionskim]] ili [[Metalna veza|metalnim vezama]] pa nema izdvojenih atomskih skupina koje bi se mogle smatrati jedinkama i imati svojstva molekula. Kemijska formula u takvom slučaju pokazuje samo kemijski sastav tvari, odnosno formulsku jedinku ([[kemijska veza]]). Ima i primjera kada molekule određena sastava postoje u [[Krutine|čvrstom]] i [[Tekućine|kapljevitom stanju]], ali ne postoje u [[plin]]ovitom stanju (jer se pri [[Isparavanje|isparavanju]] raspadaju), ili postoje u čvrstom stanju ali se, prelazeći u kapljevito stanje, raspadaju (na primjer većina [[Kompleksni spojevi|kompleksnih spojeva]]). Kemijska svojstva mnogih tvari određena su najvećim dijelom sastavom i strukturom njihovih molekula. Golem broj pojava i procesa u prirodi i industriji povezan je stoga s postojanjem i pretvorbama molekula i s reakcijama među njima. Molekule postoje i u [[Međuzvjezdana tvar|međuzvjezdanoj tvari]] u obliku golemih [[Molekulski oblak|molekularnih oblaka]] koji se mogu prepoznati po svojstvenim [[Emisijski spektar|emisijskim linijama]] u [[Radio astronomija|radiofrekvencijskom spektralnom području]]. 

Postojanje molekula prvi je spoznao talijanski [[fizičar]] i [[kemičar]] [[Amedeo Avogadro|A. Avogadro]] (1811.), ali je pravu razliku između atoma i molekula objasnio gotovo 50 godina poslije talijanski kemičar [[Stanislao Cannizzaro|S. Cannizzaro]].

Među molekulama postoje međumolekularne sile, na primjer poznate [[Van der Waalsove sile]], koje su u plinovima vrlo slabe (silama te vrste objašnjava se na primjer odstupanje [[Realni plin|realnih plinova]] od vladanja [[Idealni plin|idealnoga plina]]), ali su u mnogim [[kapljevina]]ma i čvrstim tvarima dovoljno jake da molekule drže na okupu, iako su bitno slabije od kemijskih veza.

Znanost [[biologija|biologije]] koja se bavi molekulama naziva se [[molekularna biologija]].

== Povijest ==
Naziv molekula prvi je uporabio [[Amedeo Avogadro|A. Avogadro]] 1811. u želji da objasni ponašanje [[plin]]ova u [[Kemijska reakcija|kemijskim reakcijama]]. Pretpostavio je da su najmanje čestice plinova nakupine [[atom]]a koje je nazvao molekule. Ta ideja je zatim pala u zaborav ali ju je obnovio [[Stanislao Cannizzaro|S. Cannizzaro]] 1858. od kada je općenito prihvaćena.<ref>Filipović, Lipanović: "Opća i anorganska kemija", 9. izd., Školska knjiga, Zagreb, 1995., {{ISBN|953-0-30907-4}}, str.37-40 </ref>

== Građa molekula ==
Molekula se može sastojati od atoma istog elemenata ili od atoma više različitih elemenata. Primjerice, [[dušik]]ova molekula N<sub>2</sub>  sastoji se od dva atoma [[dušik]]a. S druge strane, molekula [[voda|vode]] H<sub>2</sub>O sastoji se od dva atoma [[vodik]]a i jednog atoma [[kisik]]a. Molekule jednog elementa javljaju se isključivo u [[nemetali|nemetala]], i to obično dva atoma po molekuli. Neki se nemetali, poput [[kisik]]a, [[fosfor]]a, [[sumpor]]a mogu pojaviti u molekulama od različitog broja atoma. To se svojstvo zove [[alotropija]].

== Veličina molekula ==
Molekule su premale da bi se vidjele golim okom, pa čak ni [[Elektronski mikroskop|elektronskim mikroskopom]]. Duljina [[Kovalentna veza|kovalentne veze]] najmanje molekule (H<sub>2</sub>) iznosi 74 pm (74•10<sup>-12</sup> m).<ref name=":0">Habuš, Tomašić, Liber: <nowiki>''</nowiki>Opća kemija 1 : udžbenik kemije za prvi razred gimnazije<nowiki>''</nowiki>, 1. izd., Profil, Zagreb, 2014., {{ISBN|978-953-12-1434-6}}, str. 38 i 86</ref> Njihov [[promjer]] obično iznosi od 0,1 do 100 [[nanometar]]a (10<sup>-9</sup> m). Međutim duljina molekula može biti puno veća, poput [[Makromolekula|makromolekule]] [[DNK]]. Kada bi se jedna DNK izvadila iz [[stanična jezgra|stanične jezgre]] i razmotala, dosezala bi duljinu od jednog do dva metra. No, i tada bi bila nevidljiva jer bi njezino vlakno bilo debelo svega 5 [[nanometar|nm]]. Zato se za određivanje veličine i oblika molekula primjenjuju posebne metode [[Fizikalna kemija|fizikalne kemije]], uglavnom instrumentalne prirode.

[[Relativna molekulska masa]] je zbroj [[masa]] atoma koji čine molekulu. Kao i [[atomska masa]], molekulska masa se izražava u [[atomska jedinica mase|atomskim jedinicama mase]] (u = 1/12 mase ugljikova [[izotop]]a <sup>12</sup>C). Masa najmanje molekule H<sub>2</sub> iznosi m(H<sub>2</sub>) = 3,346•10<sup>-24</sup> g ili 3,346•10<sup>-27</sup> kg.<ref name=":0" /> Makromolekule mogu imati na stotine tisuća atoma ali i tada su to teško zamislive male mase.

Dugo se vjerovalo da su duljine kemijskih veza i njihovi prostorni kutovi u molekuli konstantni, ali novija istraživanja ukazuju na njihovu neznatnu promjenjivost, posebice kod složenijih molekula.

== Molekule opisujemo formulama ==
Odnos elemenata koji grade molekule izražava se [[Empirijska formula|empirijskom formulom]]. Na primjer, [[vodik]] i [[kisik]] grade vodu u najmanjem omjeru 2:1 zato formula H<sub>2</sub>O istovremeno predstavlja empirijsku i [[Molekulska formula|molekulsku formulu]]. [[Ugljik]], [[vodik]] i [[kisik]] grade [[etanol]] u omjeru 2:6:1 (C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O). Ovaj omjer ne mora nužno određivati samo jednu jedinstvenu molekulu &mdash; dimetil eter ima isti omjer kao [[etanol]], no nema istu molekularnu strukturu. Takve se molekule zovu [[izomeri]]. Sažeta strukturna formula točnije određuje raspored atoma u molekuli, pa je tako formula etanola CH<sub>3</sub>&ndash;CH<sub>2</sub>&ndash;OH, a formula dimetil etera CH<sub>3</sub>&ndash;O&ndash;CH<sub>3</sub>. Za predstavljanje složenijih molekula, gdje atomi mogu biti raspoređeni u prostoru na različite načine, rabi se strukturna formula.

Osim formulama molekule se prikazuju modelima koji mogu biti kalotni ili kuglica-štapić.

== Atomska teorija tlaka i specifične topline ==

Prema atomističkim predodžbama [[tlak]] plina uzrokovan je udarcima molekula o zid posude. Da pojednostavimo stvarne odnose, pretpostavit ćemo da se u kocki sve molekule kreću istom [[brzina|brzinom]]. Dalje možemo zamisliti da se jedna trećina molekula kreće gore-dolje, druga trećina lijevo-desno, a ostatak naprijed-nazad. Prema svakom zidu kocke kreće se dakle 1/6 svih molekula. Pri udaru o zid promijeni se [[smjer]] brzine. Ima li molekula prije [[sraz]]a [[impuls sile]] ''p'' + ''m∙v'', to poslije odbijanja ([[refleksija|refleksije]]) ima impuls - ''m∙v''. Odbijanjem od zida promijeni se impuls molekula za 2∙''m∙v''. Toliki impuls preuzme zid kocke. Mnogobrojni udari molekula očituju se kao neprekinuti (kontinuirani) tlak plina. Tlak plina je [[pritisak]] ([[sila]]) na jedinicu [[površina|površine]]. Sila je po [[Newtonovi zakoni gibanja|Newtonovom zakonu gibanja]] jednaka promjeni impulsa sile u jedinici vremena. Tlak plina dobivamo dakle, tako da proračunamo, koliki impulsi prenesu molekule u jednoj sekundi na 1 [[Četvorni metar|m<sup>2</sup>]] zida. 

Očito je da će na 1 m<sup>2</sup> zida kocke u jednoj [[sekunda|sekundi]] udariti one molekule koje se nalaze pred zidom u stupcu koji je dug upravo toliko, kolika je [[brzina]] molekula. Broj molekula u 1 m<sup>3</sup> označit ćemo s ''n''. U stupcu dugom ''v'' s presjekom od 1 m<sup>2</sup> nalazi se ''n∙v''. Jedna šestina tih molekula kreće se prema zidu i prenese u sekundi na zid impuls jednak:

:<math> p = \frac{1}{6} \cdot n \cdot v \cdot 2 \cdot m \cdot v = \frac{1}{3} \cdot n \cdot m \cdot v^2 </math>

To je tlak plina. Vidi se, da je tlak plina dan brojem molekula u 1 m<sup>3</sup> i njihovom [[kinetička energija|kinetičkom energijom]] 1/2∙m∙v<sup>2</sup>. To je vrlo razvidan rezultat. Gornju jednadžbu možemo još pisati u drugom obliku, da za ''n'' stavimo omjer između ''L'' - broja molekula u [[Mol (mjerna jedinica)|molu]] i ''V'' - [[volumen]]a mola:

:<math> p \cdot V = \frac{1}{3} \cdot L \cdot m \cdot v^2 </math>

Tlak na zid kocke opažamo kao stalan tlak, iako je on uistinu posljedica isprekidanih udaraca molekula. Ta kontinuiranost tlaka je znak da se plin sastoji od vrlo velikog broj molekula. Mnoštvo sitnih molekula proizvodi učinke, koji se u makroskopskim dimenzijama očituju kao kontinuirane osobine ili trajne sile. 

U teorijskoj jednadžbi možemo po [[Gay-Lussacov zakon|Gay-Lussacovu zakonu]] umnožak ''p∙V'' zamijeniti s ''R∙T''. Tada dobivamo jednadžbu:

:<math> R \cdot T = \frac{1}{3} \cdot L \cdot m \cdot v^2 </math>

Odatle dobivamo za kvadrat brzine izraz:

:<math> v^2 = \frac{3 \cdot R \cdot T}{L \cdot m} </math>

Broj i masa molekula zasad su nepoznate, ali je njihov umnožak iskustveno ustanovljena veličina. ''L∙m'' je masa jednog mola plina. Kako se razabire, brzina je dana samim poznatim veličinama. Po toj jednadžbi izračunate su brzine molekula kod temperature [[Ledište|ledišta]] [[voda|vode]] za različite plinove:

{| class="wikitable"
|+ Brzine molekula
|-
! scope="col" | [[Plin]]
! scope="col" | [[Masa]] [[Mol (mjerna jedinica)|mola]] ([[gram|g]])
! scope="col" | [[Brzina]] ([[Metar u sekundi|m/s]])
|-
| [[Vodik]] 
| 2
| 1 840
|-
| [[Dušik]] 
| 28
| 490
|-
| [[Kisik]] 
| 32
| 460
|-
| [[Radon]] 
| 222
| 170
|-
|}

Da bi se ispitala ispravnost atomske teorije, morale su se pokusima odrediti brzine molekula. Taj zadatak je pokusima riješio [[Otto Stern|O. Stern]] 1920. On je pomoću [[električna struja|električne struje]] ugrijao nit [[srebro|srebra]] tako da je isparivala atome. Atome je pustio da jure u evakuiranoj staklenoj cijevi. 

Otvorima na uzastopnim zastorima atomi su se u cijevi izdvojili u homogeni snop. Takvu se snopu vrlo točno mogla izmjeriti brzina. Čitava se aparatura stavila u brzu vrtnju. Atomi srebra zbog toga nisu na ploči pali točno iza otvora na zastoru, nego malo više prema gore. Taj pomak dan je vremenom što ga atom srebra treba da bi prošao razmak od zastora do ploče. Tako izmjerene brzine molekula potpuno su se slagale s teorijom. 

Energija plina dana je zbrojem kinetičkih energija svih molekula. [[Kinetička energija]] pojedine molekule jednaka je 1/2∙m∙v<sup>2</sup>, a cjelokupna energija mola umnošku 1/2∙L∙m∙v<sup>2</sup>. Energiju mola dakle dobivamo da gornju atomističku jednadžbu pomnožimo s 3/2. Učinivši to, dobivamo za [[energija|energiju]] ''U'' mola plina:

:<math> U = \frac{3}{2} \cdot R \cdot T </math>

Energija je u bitnom dana umnoškom plinske konstante i temperature. Taj zaključak teorije može se pokusima točno provjeriti. Energiju plina možemo povećati ili umanjiti tako, da plin grijemo ili hladimo. Prema gornjoj jednadžbi, [[specifična toplina]] plina jednaka je:

:<math> C_V = \frac{3}{2} \cdot R </math>

Ova teorijska vrijednost vrlo se dobro slaže s mjerenjem na jednoatomnim plinovima, kao što su [[helij]], [[neon]], [[argon]] i tako dalje. Za druge plinove, gdje su molekule građene od dva ili više atoma, daju [[mjerenje|mjerenja]] veće vrijednosti. To je jasno ako pomislimo da energija višeatomnih molekula može biti sadržana i u vrtnji atoma oko unutarnjih osi, a ne samo u prostornom gibanju molekula kroz prostor. Specifične topline višeatomnih plinova proračunat će se kasnije. 

Taj primjer lijepo osvjetljuje kako atomistička teorija povezuje različita svojstva materije. Na [[Plinska konstanta|plinsku konstantu]] ''R'' ispitivači su nadošli ispitujući tlak plinova. U početku se nije očekivalo da će postojati neka uska veza između plinske konstante i energije plina. Atomistika ujedinjuje energetsko ponašanje plinova s njihovim napetostima. Takvo povezivanje različitih osobina materije u izraz jedinstvene stvarnosti je glavna crta atomske teorije. 

Što je niža temperatura plina, to su polaganija gibanja molekula. na apsolutnoj nuli nastupa potpuno mirovanje. Jasno je da se ispod te temperature materija ne može ohladiti. Hlađenje se sastoji u oduzimanju kinetičke energije molekula. No kad sve molekule miruju, ne može se više ništa energije oduzeti. Materija se nalazi u stanju najniže energije. To je puno fizičko značenje apsolutne nule temperature. 

Dijeleći ukupnu energiju mola [[Avogadrov broj|Avogadrovim brojem]] ''L'', dobivamo prosječnu energiju čestice u plinu:

:<math> U = \frac{3}{2} \cdot k \cdot T </math>

:<math> k = \frac{R}{L} </math>

gdje je: k - [[Boltzmannova konstanta]], koja se može izračunati, čim je Avogadrov broj određen (broj molekula u molu). 

=== Vrtnje molekula i specifična toplina ===
Pored pravocrtnog ([[translacija|translacijskog]]) gibanja mogu se molekule okretati i oko sebe samih. [[Energija]] [[vrtnja|vrtnje]] ili rotacijska energija zavisi također od temperature te daje svoj doprinos specifičnoj toplini plina. Molekulu možemo shvatiti kao kruto tijelo, jer atomi imaju stalne međusobne razmake. S obzirom na to da nema vanjskih [[sila]], [[težište]] molekule kreće se s konstantnom brzinom. To gibanje zasad nas ne zanima i pretpostavit ćemo da težište molekule miruje. Molekula se vrti oko neke čvrste osi koja prolazi kroz težište. Općenito se rotacijska energija dobije iz pravocrtnog gibanja tako da se masa zamijeni [[moment tromosti|momentima tromosti]] s obzirom na glavne osi, a komponente impulsa ''p<sub>x</sub>, p<sub>y</sub> i p<sub>z</sub>'' komponentama momenta impulsa. Prema tome, za prosječnu rotacijsku energiju dobivamo iste izraze kao i za pravocrtno gibanje. Na svaki stupanj slobode otpada prosječna energija 1/2∙k∙T. Prosječna rotacijska energija molekule jednaka je:

:<math> E_{rot} = \frac{3}{2} \cdot k \cdot T </math>

Energija molekule plina zbroj je kinetičke i rotacijske energije:

:<math> E = E_{kin} + E_{rot} = \frac{3}{2} \cdot k \cdot T + \frac{3}{2} \cdot k \cdot T = 3 \cdot k \cdot T </math>

Pomnoživši to Avogadrovim brojem ''L'', dobivamo energiju jednog mola plina:

:<math> U = 3 \cdot L \cdot k \cdot T = 3 \cdot R \cdot T </math>

Iz ove jednadžbe proizlazi da je specifična toplina (kod konstantnog volumena) jednaka:

:<math> C_V = 3 \cdot R </math>

To se slaže s pokusima i mjerenjima. Odstupanje se opaža za plinove sastavljene od dvoatomnih molekula. Tamo, čini se, otpada vrtnja oko one osi koja prolazi kroz obje molekule. S obzirom na tu os moment tromosti molekule gotovo isčezava. Time imamo stupanj slobode manje. Prosječna energija dvoatomne molekule nije jednaka 6∙1/2∙''k∙T'', nego 5∙1/2∙''k∙T''. Za specifičnu toplinu dvoatomnih plinova dobivamo:

:<math> C_V = \frac{5}{2} \cdot R </math>

prema starim mjernim jedinicama, ''R'' je približno 2 [[Kalorija|cal]]/°C. Specifična toplina višeatomnih plinova iznosi dakle po teoriji 6 cal/°C, a dvoatomnih plinova 5 cal/°C. Ove vrijednosti izvrsno se slažu s iskustvom. 

Od kinetičke energije molekula zavisi u kakvom se [[Agregatna stanja|agregatnom stanju]] nalazi [[materija]]. Dok se molekule kreću s velikim brzinama, bez važnosti su međusobne sile molekula. Svaka molekula juri kroz prostor nezavisno o stanju. Za velike kinetičke energije molekula materija se nalazi u plinskom stanju. Da plin pretvorimo u tekućinu moramo molekulama oduzeti mnogo energije. Plin postaje tekućina ako ga ohladimo na određenu nisku temperatura. Na toj niskoj kritičnoj temperaturi molekule ostaju sve duže jedna uz drugu pa se počinju gomilati u male hrpe. Postepenim oduzimanjem kinetičke energije plin postaje tekućina. U tekućini molekule kližu jedna uz drugu. Materija je zadobila stalnu [[gustoća|gustoću]].<ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

[[Kategorija:Opća kemija]]