La chimica molecolare è la chimica delle molecole, che copre la maggior parte della chimica nel suo insieme. Le molecole sono costituite da varie combinazioni di atomi, i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda. Ci sono 92 elementi che si trovano naturalmente sulla Terra, oltre a 25 elementi artificiali, che vengono creati in piccole quantità negli acceleratori di particelle e nei reattori nucleari. Dei 92 elementi naturali, varie disposizioni di 12 costituiscono il 99% di tutte le rocce e del suolo, mentre le disposizioni di 5 costituiscono il 99.97% dell’atmosfera. Altri elementi si trovano in tracce, di solito una parte per milione o meno.
I fondamenti della chimica molecolare si basano su qualità degli atomi chiamate valenza. Ogni atomo è costituito da piccole particelle chiamate elettroni che orbitano attorno a un nucleo formato da particelle chiamate protoni e neutroni. L’orbita di questi elettroni è “guscio” designato dalle leggi della fisica: il primo guscio ha una capacità di due elettroni, il secondo ha una capacità di 6, il terzo 10, il quarto 14, il quinto 18, il sesto 22 e il settimo 26.
Se un atomo ha “troppo pochi” elettroni, in modo tale che il suo guscio elettronico più esterno (noto anche come orbitale) ha più o meno di otto elettroni, “vuole” eliminare gli elettroni o acquisirli legandosi con un altro atomo. La tendenza a “volere” otto elettroni nel guscio più esterno, lo stesso numero che si trova nei gas nobili come l’elio (gli elementi più stabili), è chiamata regola dell’ottetto, un fatto fondamentale della chimica molecolare. Queste forze sono dettate dalle leggi dell’elettromagnetismo.
Per visualizzare la chimica molecolare, ecco un esempio. Una molecola comune è sale, NaCl o cloruro di sodio. Il sale è costituito da due atomi legati l’uno all’altro in un legame atomico. Il guscio elettronico più esterno del sodio ha un solo elettrone, ma ha una capacità per dieci. Il guscio più esterno del cloro ha sette elettroni, ma una capacità per dieci. Quando i due si legano insieme, ottengono otto elettroni nel loro guscio più esterno collettivo, soddisfacendo la regola dell’ottetto. La regola dell’ottetto è soddisfatta in innumerevoli molecole. Questi legami possono essere facilmente rappresentati in immagini utilizzando diagrammi a punti di Lewis.
Quando gli atomi si combinano insieme in strutture stabili, formano molecole, che sono anche chiamate composti. I composti puri o le miscele di composti con proprietà uniformi sono chiamati sostanza. I composti di una sostanza possono interagire con altri composti, dando luogo a situazioni chiamate reazioni chimiche. Le reazioni chimiche sono costantemente in corso intorno a noi, specialmente nei nostri corpi, che sono veri e propri calderoni di reazioni chimiche. Quando mangiamo cibo, è per fornire al nostro corpo molecole che possono subire reazioni chimiche per rilasciare energia per il suo funzionamento.