La chimie moléculaire est la chimie des molécules, qui couvre la majeure partie de la chimie dans son ensemble. Les molécules sont constituées de diverses combinaisons d’atomes, les éléments constitutifs fondamentaux de tout ce qui nous entoure. Il y a 92 éléments qui se produisent naturellement sur Terre, en plus de 25 éléments artificiels, qui sont créés en petites quantités dans les accélérateurs de particules et les réacteurs nucléaires. Sur les 92 éléments naturels, divers arrangements de 12 représentent 99% de toutes les roches et du sol, tandis que les arrangements de 5 représentent 99.97 % de l’atmosphère. D’autres éléments se trouvent à l’état de traces, généralement une partie par million ou moins.
Les fondements de la chimie moléculaire sont basés sur les qualités des atomes appelées valence. Chaque atome est composé de petites particules appelées électrons en orbite autour d’un noyau composé de particules appelées protons et neutrons. L’orbite de ces électrons est des coquilles désignées par les lois de la physique — la première coquille a une capacité de deux électrons, la seconde a une capacité de 6, la troisième 10, la quatrième 14, la cinquième 18, la sixième 22 et la septième 26.
Si un atome a trop peu d’électrons, de sorte que sa couche d’électrons la plus externe (également appelée orbitale) a plus ou moins de huit électrons, il veut soit se débarrasser des électrons, soit les gagner en se liant à un autre atome. La tendance à vouloir huit électrons dans l’enveloppe la plus externe, le même nombre que celui trouvé dans les gaz nobles comme l’hélium (les éléments les plus stables), est appelée la règle de l’octet, un fait fondamental de la chimie moléculaire. Ces forces sont dictées par les lois de l’électromagnétisme.
Pour visualiser la chimie moléculaire, voici un exemple. Une molécule courante est le sel, le NaCl ou le chlorure de sodium. Le sel est constitué de deux atomes liés l’un à l’autre par une liaison atomique. La couche d’électrons la plus externe du sodium n’a qu’un électron, mais a une capacité de dix. L’enveloppe la plus externe du chlore a sept électrons, mais une capacité de dix. Lorsque les deux se lient, ils obtiennent huit électrons dans leur enveloppe extérieure collective, satisfaisant la règle de l’octet. La règle de l’octet est remplie dans d’innombrables molécules. Ces liaisons peuvent facilement être représentées sur des images à l’aide de diagrammes de points de Lewis.
Lorsque les atomes se combinent dans des structures stables, ils forment des molécules, également appelées composés. Les composés purs ou les mélanges de composés aux propriétés uniformes sont appelés substances. Les composés d’une substance peuvent interagir avec d’autres composés, donnant lieu à des situations appelées réactions chimiques. Des réactions chimiques sont constamment en cours tout autour de nous, en particulier dans nos corps, qui sont de véritables chaudrons de réactions chimiques. Lorsque nous mangeons de la nourriture, c’est pour fournir à notre corps des molécules qui peuvent subir des réactions chimiques pour libérer de l’énergie pour son fonctionnement.