Unemolécule est une structure de base de lamatière appartenant à la famille descomposés covalents. L'Union internationale de chimie pure et appliquée définit la molécule comme« uneentité électriquement neutre comprenant plus d'unatome »[1]. C'est l'assemblagechimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, différents ou non, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés caractéristiques de lasubstance considérée. Les molécules constituent des agrégats atomiques liés par des forces de valence (liaisons covalentes) et elles conservent leur individualité physique. Des forces plus faibles, telles lesliaisons hydrogène et celles de typevan der Waals, les maintiennent à proximité les unes des autres à l'étatliquide et/ousolide.
L'assemblage d'atomes constituant une molécule n'est pas définitif, il est susceptible de subir des modifications, c’est-à-dire de se transformer en une ou plusieurs autres molécules ; une telle transformation est appeléeréaction chimique. En revanche, les atomes qui la constituent sont des assemblages (departicules) beaucoup plus stables, qui se conservent durant une réaction chimique car la transformation d'atomes, appeléetransmutation, nécessite des apports d'énergie beaucoup plus importants faisant l'objet desréactions nucléaires.
La composition chimique d'une molécule est donnée par saformule chimique. Exemples :
la molécule deméthane CH4 est constituée d'un atome decarbone (C) et de quatre atomes d'hydrogène (H) ;
la molécule dedioxygène O2 est constituée de deux atomes d'oxygène (O).
Le mot françaismolécule est latranscription dulatin scientifiquemolecula. Le mot latin,diminutif demoles (« meule, amas, lourde charge »), est construit parDescartes dans les années 1620, et employé notamment parGassendi[2]. Le mot français est employé pour la première fois par Pierre Le Gallois en 1674[3].
Le concept de molécule, sous sa forme actuelle, est présenté pour la première fois en1811 parAmedeo Avogadro, surmontant la confusion faite à cette époque entreatomes et molécules, en raison des lois des proportions définies et multiples deJohn Dalton (1803-1808).
Une molécule élémentaire ouhomonucléaire est une molécule constituée d'un seul type d'atomes, par exemple ledioxygène (O2). Lorsqu’une molécule est composée de plusieurs types d’atomes, elle est dite hétéronucléaire.
Une moléculehydrophile ouhydrophobe est une molécule qui a de l'affinité pour l'eau ou qui fuit l'eau (non soluble ou non miscible avec l'eau), respectivement ; comme l'acide oléique, molécule hydrophobe qui fuit donc l'eau.
Une moléculeamphiphile est une molécule ayant une ou plusieurs parties hydrophiles et une ou plusieurs parties hydrophobes.
En appliquant strictement la définition, lesions polyatomiques ne sont pas des molécules. En revanche, leszwitterions, globalement neutres mais possédant des charges de signe opposé dans différentes parties de leur structure, sont des molécules.
Une molécule marquée est une molécule dans laquelle un ou plusieurs atomes sont remplacés par un de leursisotopes. Cette pratique est courante avec des isotopes radioactifs, dans un but médical.
Une molécule activée (ou excitée) est une molécule qui contient un ou plusieurs atomesexcités, atomes dont un ou plusieursélectrons se trouvent à desniveaux d'énergie plus élevés que celui de l'état fondamental.
Molécule médicamenteuse : on appelle abusivementmolécule lasubstance active d'unmédicament (par opposition à son nom de marque), quand bien même la substance active est composée de plusieurs espèces chimiques différentes (exemple : cas de lagentamicine). Il est préférable de parler de substance active ou de principe actif.
Les molécules d'un corps sont en agitation permanente (sauf auzéro absolu). Cette agitation, appeléemouvement brownien, a été décrite la première fois parRobert Brown en1821 dans les liquides (mais expliquée presque 100 ans plus tard).
À l'étatgazeux, les molécules sont très espacées, très agitées, avec des mouvements désordonnés provoqués par les chocs entre elles ou avec les parois (les corps solides avec lesquels elles sont en contact).
À l'étatliquide, l'espace entre les molécules est beaucoup plus restreint, et l'agitation beaucoup plus lente.
À l'état solide, les molécules sont rangées selon un empilement, régulier ou non, et vibrent autour d'une position moyenne.
Latempérature d'un corps donne une indication du degré d'agitation des molécules.
Les forces d'interaction de très faible intensité qui s'exercent à distance entre les molécules, appeléesforces de van der Waals, conditionnent ces arrangements et par conséquent les propriétés physiques des composés moléculaires. Ainsi, par exemple, les propriétés physiques exceptionnelles de l'eau sont dues pour beaucoup auxliaisons hydrogène.
Les molécules sont des ensemblesa priori électriquement neutres, dans lesquels les atomes sont liés entre eux majoritairement par desliaisons covalentes (il existe de nombreux exemples d'assemblagessupra-moléculaires par liaisons de typevan der Waals,hydrogène ouionique), où apparaissent parfois des dissymétries électroniques pouvant aller jusqu'à donner desions parsolvatation (solvants polaires). Dès lors, on doit conclure que le dihydrogène (H2), le dichlore, le difluor et tant d'autres gaz diatomiques, sont électriquement neutres. Ce qui laisse entendre que lorsqu'ils sont isolés, ils sont zérovalents, pour respecter l'équivalence qu'il doit y avoir dans toute équation équilibrée en charges et globalement neutre comme : 2 H2 + O2 = 2H2O. Ici, dans la partie des réactifs, le dihydrogène et le dioxygène sont des molécules isolées et donc n'ont pas de charge propre, comme H2O (bien que molécule polaire). L'équation chimique vérifie donc la neutralité de la charge globale.
La forme et la taille d'une molécule (ou de l'une de ses parties) peut jouer un rôle dans son aptitude à réagir. La présence de certains atomes ou groupes d'atomes à l'intérieur d'une molécule joue un rôle majeur dans sa capacité à se rompre ou à fixer d'autres atomes issus d'autres corps, c’est-à-dire à se transformer pour donner naissance à d'autres molécules.
Les différents modes dereprésentation des molécules sont destinés à expliciter les différents sites réactifs ; certains enchaînements d'atomes, appelésgroupes fonctionnels, produisent ainsi des similitudes de propriétés, tout particulièrement dans lescomposés organiques.
Les molécules possédant au moins plusieurs dizaines d'atomes sont appeléesmacromolécules oupolymères.
Exemples :
lesprotéines, leslipides, lessucres, les acides nucléiques tels l'ADN et autresbiomolécules de grandes tailles sont également des macromolécules où la grande variété des liaisons chimiques internes induit une réactivité chimique souvent très sélective jouant un rôle majeur dans l'activité biologique des êtres vivants ;
lespolyoléfines telles lepolyéthylène (polymèresynthétique) sont constituées d'enchaînements -C-C- ; le nombre d'atomes de carbone des chaînes peut atteindre plusieurs dizaines de milliers (correspondant à undegré de polymérisation élevé), d'où des propriétés physiques particulières.
On distingue quatre catégories de substances non moléculaires :
lesgaz nobles (à l'étatgazeux,liquide ousolide) qui, ayant unecouche de valence saturée, ne se composent que d'atomes indépendants (ce sont des substances monoatomiques). À l'état condensé (liquide ou solide), la cohésion de l'ensemble est assurée par lesforces de London ;
lesmétaux (à l'état gazeux, liquide ou solide),purs ou enalliage. À l'état condensé (liquide ou solide), les atomes sont liés les uns aux autres par la mise en commun globale et délocalisée d'électrons (liaison métallique), mais sans formation de petits groupes. Les métaux solides forment une structure tridimensionnelle appelée réseau métallique ;
les composésioniques (ou sels) à l'état solide ou liquide, qui regroupent descations et desanions c'est-à-dire des éléments portant unecharge positive (cations) ou négative (anions). La cohésion de l'ensemble est assurée par laforce électrostatique qui attire les ions ayant des charges électriques de signes opposés (liaison ionique). Lorsqu'un ion n'est pas monoatomique mais constitué d'un groupe d'atomes doté d'une charge globale non nulle, on parle d'ion polyatomique (ou moléculaire). Les sels solides forment une structure tridimensionnelle appelée réseau ionique ;
les réseaux covalents solides, qui sont des composéscovalents non moléculaires comme lediamant, legraphite, legraphène ou encore ledioxyde de silicium. Ce sont des structures covalentes géantes, créant un réseau tridimensionnel comparable aux structures des réseaux métalliques ou ioniques.
Dans les régions entre des systèmes solaires, la probabilité de rencontre entre atomes est très faible, mais il existe des assemblages moléculaires, tels que ledihydrogène, lemonoxyde de carbone ou encore certainsfullerènes. Les comètes et les atmosphères gazeuses des planètes contiennent une plus grande variété de molécules.
L'étude scientifique du vivant se fait par des recherches sur les éléments de chacun de ces niveaux, puis par la compréhension desinteractions entre ces différents niveaux (voir l'articleMéthode scientifique).
L'étude du niveau des molécules permet de comprendre le fonctionnement de lacellule, qui est l'unité fonctionnelle élémentaire du vivant.
↑Pierre Le Gallois,Conversations tirées de l'Académie de M. l'abbé Bourdelot, contenant diverses recherches et observations physiques,, cité parBernard Quemada,Datations et documents lexicographiques,t. 3,.
