Molekularchemie ist die Chemie der Moleküle, die den Großteil der Chemie als Ganzes abdeckt. Moleküle bestehen aus verschiedenen Kombinationen von Atomen, den grundlegenden Bausteinen von allem, was uns umgibt. Es gibt 92 Elemente, die natürlich auf der Erde vorkommen, zusätzlich zu 25 künstlichen Elementen, die in kleinen Mengen in Teilchenbeschleunigern und Kernreaktoren erzeugt werden. Von den 92 natürlichen Elementen machen verschiedene Anordnungen von 12 99% aller Gesteine und Böden aus, während Anordnungen von 5 99.97% der Atmosphäre ausmachen. Andere Elemente werden in Spurenmengen gefunden, normalerweise ein Teil pro Million oder weniger.
Die Grundlagen der Molekularchemie basieren auf Eigenschaften von Atomen, die man Valenz nennt. Jedes Atom besteht aus kleinen Teilchen namens Elektronen, die einen Kern umkreisen, der aus Teilchen namens Protonen und Neutronen besteht. Die Umlaufbahn dieser Elektronen sind „Schalen“, die von den Gesetzen der Physik bezeichnet werden – die erste Schale hat eine Kapazität von zwei Elektronen, die zweite eine Kapazität von 6, die dritte 10, die vierte 14, die fünfte 18, die sechste 22 und die siebter 26.
Hat ein Atom „zu wenige“ Elektronen, so dass seine äußerste Elektronenhülle (auch Orbital genannt) mehr oder weniger als acht Elektronen hat, „will“ es entweder Elektronen loswerden oder durch Bindung an ein anderes Atom gewinnen. Die Tendenz, acht Elektronen in der äußersten Schale zu „wollen“, die gleiche Anzahl wie bei Edelgasen wie Helium (den stabilsten Elementen), wird als Oktettregel bezeichnet, eine grundlegende Tatsache der Molekularchemie. Diese Kräfte werden durch die Gesetze des Elektromagnetismus bestimmt.
Um die Molekularchemie zu visualisieren, hier ein Beispiel. Ein übliches Molekül ist Salz, NaCl oder Natriumchlorid. Salz besteht aus zwei Atomen, die in einer Atombindung miteinander verbunden sind. Die äußerste Elektronenhülle von Natrium hat nur ein Elektron, aber eine Kapazität für zehn. Die äußerste Schale von Chlor hat sieben Elektronen, aber eine Kapazität für zehn. Wenn die beiden sich verbinden, bekommen sie acht Elektronen in ihrer kollektiven äußersten Schale, was die Oktettregel erfüllt. Die Oktettregel wird in unzähligen Molekülen erfüllt. Diese Bindungen lassen sich mit Lewis-Punkt-Diagrammen leicht in Bildern darstellen.
Wenn sich Atome zu stabilen Strukturen verbinden, bilden sie Moleküle, die auch Verbindungen genannt werden. Reine Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen mit einheitlichen Eigenschaften werden als Stoff bezeichnet. Die Verbindungen in einer Substanz können mit anderen Verbindungen interagieren, was zu Situationen führt, die als chemische Reaktionen bezeichnet werden. Um uns herum laufen ständig chemische Reaktionen ab, insbesondere in unserem Körper, der wahre Kessel chemischer Reaktionen ist. Wenn wir Nahrung zu uns nehmen, versorgen wir unseren Körper mit Molekülen, die chemische Reaktionen eingehen können, um Energie für seinen Betrieb freizusetzen.