Los términos molécula, compuesto y átomo pueden resultar confusos. Aquí tienes una explicación de lo que es (y lo que no es) una molécula con ejemplos de moléculas comunes.
¿Qué es una molécula?
Una molécula son dos o más átomos unidos por enlaces químicos, que forman la unidad más pequeña de una sustancia que conserva la composición y las propiedades de dicha sustancia. Las moléculas constituyen la base de la química. Las moléculas se anotan con el símbolo del elemento y un subíndice con el número de átomos.
Los átomos son la unidad fundamental de un elemento. Están formados por un núcleo y los electrones que lo rodean. Cuando un átomo tiene una capa de electrones incompleta, se dice que tiene electrones de valencia. Cuando dos o más átomos se unen para compartir los electrones de valencia de la capa externa, se forma un enlace químico (covalente) y pasan a un estado de menor energía. Cuando los átomos se enlazan, se libera energía en una reacción exotérmica. Si el enlace covalente se rompe y la molécula se separa, requiere un aporte de energía y, por tanto, es endotérmica.
Las moléculas diatómicas son aquellas en las que sólo se combinan dos átomos. Un ejemplo de molécula diatómica es el monóxido de carbono (CO) formado por un solo átomo de carbono y uno de oxígeno. Si los dos átomos son del mismo elemento, se denomina molécula diatómica homonuclear, como el oxígeno (O2) y el nitrógeno (N2). Las moléculas poliatómicas tienen más de dos átomos, como el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2). Las moléculas más grandes se denominan polímeros y pueden estar formadas por miles de átomos.
Los átomos pueden combinarse de muchas formas distintas para formar moléculas. Los mismos átomos pueden combinarse en proporciones diferentes para formar moléculas distintas. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno forman agua (H2O), mientras que dos átomos de hidrógeno y dos de oxígeno forman peróxido de hidrógeno (H2O2). También es posible que los mismos elementos se combinen en las mismas proporciones pero con una configuración física diferente. La estructura física de la molécula puede determinar sus propiedades. Un ejemplo es el agua: Los dos átomos de hidrógeno colocados a 120 grados de distancia crean una ligera carga eléctrica direccional que confiere al agua su capacidad disolvente.
El peso molecular de una molécula es la suma de los pesos atómicos de todos los átomos que la componen. El número de Avogadro (6,02214076 × 1023) es el número de moléculas que constituye el peso atómico de una molécula en gramos (g). Por ejemplo, el agua está formada por dos átomos de hidrógeno con un peso de 1 g cada uno y un átomo de oxígeno con un peso de 16 g, lo que significa que un mol de moléculas de agua pesa 18 g.
La palabra molécula procede del latín molecula, que significa unidad de masa. Este nombre englobaba su significado original de «la unidad más pequeña de una sustancia que aún conserva las propiedades de dicha sustancia». En 1873, James Maxwell definió átomo y molécula: «Un átomo es un cuerpo que no puede cortarse en dos; una molécula es la porción más pequeña posible de una sustancia determinada». Como las moléculas se nombraron antes de que se descubriera su verdadera naturaleza, se llegó a lo que hoy es una definición inexacta y debatida.
Ejemplos de moléculas
Las moléculas pueden ser simples o complejas.
He aquí ejemplos de moléculas comunes:
- H2O (agua)
- N2 (nitrógeno)
- O3 (ozono)
- CaO (óxido de calcio)
- C6H12O6 (glucosa, un tipo de azúcar)
- NaCl (sal de mesa)
Compuestos no moleculares
Muchos compuestos no se ajustan a la definición estricta de molécula, pero son habituales en la química y en la vida cotidiana. Algunos ejemplos de estructuras que no son moleculares en la naturaleza son los cristales, los minerales y los metales.
Los gases nobles son elementos que no tienen electrones de valencia y, por tanto, no necesitan formar enlaces covalentes para ser estables. Algunos pueden considerarlos una molécula compuesta por un solo átomo.
En las sales y los enlaces iónicos no existen enlaces covalentes convencionales, por lo que no se consideran moléculas. Por ejemplo, la sal de mesa (cloruro sódico) forma una estructura reticular unida por enlaces iónicos. En un enlace iónico, los electrones pueden ser compartidos por muchos átomos en lugar de sólo dos como en un enlace covalente. Estos enlaces químicos no dan lugar a una separación clara de las moléculas individuales. Estas estructuras químicas se expresan como las proporciones de sus elementos constituyentes.
Los metales no utilizan enlaces covalentes y no se consideran moléculas. En su lugar, forman enlaces metálicos en los que los electrones de valencia libres se comparten entre los distintos átomos en nubes electrónicas deslocalizadas. Los electrones son libres de moverse por toda la estructura en lugar de estar localizados.