Descubre de qué ciencia pertenece la palabra molécula en este completo artículo
En este artículo, te ofrecemos una definición de lo que es una molécula y presentamos algunos ejemplos de este grupo de átomos en conjunto. También discutimos los distintos tipos de moléculas que existen y destacamos sus diferencias con los átomos.
Qué es una molécula
Una molécula es un conjunto de átomos (de un mismo elemento químico o de muchos diferentes) que están organizados e interrelacionados mediante enlaces químicos. También se considera a una molécula como la parte más pequeña de una sustancia que aún conserva las propiedades físicas y químicas de la sustancia. Las moléculas suelen ser químicamente estables y eléctricamente neutras.
El estado de agregación de una sustancia depende en su mayor parte de la estructura y los tipos de átomos que conforman sus moléculas, pues estos determinan las fuerzas de las interacciones entre estas partículas. En este sentido, los sólidos son compuestos que tienen muy poca separación entre sus moléculas, los líquidos tienen una mediana o intermedia separación entre sus moléculas y los gases tienen mucha separación entre sus moléculas.
El estudio de las moléculas y su nomenclatura no solo comprende la cantidad de átomos que las componen y las propiedades que presentan, sino también su comprensión a partir de un modelo tridimensional de sus enlaces y estructuras, es decir, de la organización en el espacio de sus átomos constituyentes. Esto significa que existen moléculas que tienen la misma composición atómica pero diferentes estructuras espaciales (y por eso estas moléculas se nombran de forma distinta).
Molécula de agua
En 1782, el químico Henry Cavendish descubrió que la molécula de agua (H2O) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno enlazados covalentemente. Esto derribó la creencia antigua de que el agua era un elemento indivisible.
La estructura del agua es no lineal, con un ángulo de 104.5º entre sus dos átomos de hidrógeno enlazados al átomo de oxígeno. Este arreglo, junto con la alta electronegatividad del oxígeno, produce un dipolo eléctrico que le otorga su polaridad característica al agua.
El agua es conocida como el "solvente universal" ya que casi todas las sustancias pueden disolverse en ella. Las sustancias polares, también llamadas hidrófilas, son solubles en agua. Por otro lado, las sustancias no polares o apolares, como el aceite o la gasolina, son conocidas como hidrófobas y no pueden mezclarse con agua.
Contraste entre átomo y molécula
Las moléculas son la estructura básica que conforma a todas las sustancias químicas del universo. Están compuestas por átomos, que son las partículas más pequeñas que existen. Estos átomos están unidos entre sí mediante enlaces químicos, formando así las moléculas.Es importante destacar que la mayoría de las moléculas pueden ser descompuestas en moléculas más sencillas o incluso en átomos puros a través de rupturas o lisión de sus enlaces químicos. De esta manera, se puede obtener una variedad de sustancias más simples a partir de una molécula compleja.
Estas transformaciones de moléculas a átomos o moléculas más simples son de gran importancia en diversos procesos químicos y bioquímicos, ya que permiten obtener sustancias más puras y estudiar en detalle su composición y propiedades.
Movimiento molecular
Las moléculas están en constante movimiento, en vibraciones moleculares que pueden ser de tensión o de flexión. Esto se debe a que sus átomos comparten o intercambian electrones para mantenerse unidos.
Es importante mencionar que las moléculas pueden ser neutras o tener carga eléctrica. En el último caso, se les conoce como ion-molécula o ion poliatómico.
Existen diferentes tipos de química según las moléculas que se estudian. Por ejemplo, la química orgánica o del carbono se enfoca en moléculas que contienen carbono y tienen enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, que también se conocen como compuestos orgánicos.
Por otro lado, la química inorgánica se dedica al análisis de los compuestos y elementos inorgánicos, estudiando su formación, composición, estructura y reacciones. Existe también la química organometálica, que se centra en los compuestos químicos que tienen un enlace entre un átomo de carbono y un átomo metálico.
La bioquímica es otra rama de la química que se encarga de estudiar las moléculas presentes en los seres vivos, como proteínas, lípidos, carbohidratos, ácidos nucleicos, entre otros.
Los fullerenos complejos
A principios del año 2013, los científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias dieron un importante paso en su investigación al descubrir moléculas de alta complejidad en el universo. Estas moléculas, conocidas como "cebollas de carbono" o fullerenos complejos, sorprendieron por su estructura y propiedades únicas. Este hallazgo impacta significativamente en el campo de la química y la física del universo.
Los fullerenos complejos son moléculas tridimensionales extremadamente estables y resistentes. Están compuestos exclusivamente por átomos de carbono, principalmente C60 y C70. Estas moléculas presentan formas hexagonales y pentagonales en los fullerenos de tipo C60, y diseños ovalados con una superficie más lisa y menos angular en los de tipo C70.
Además, los investigadores descubrieron que estas moléculas son de un tamaño considerable y poseen capas complejas con diferentes tipos de carbono, como C240 y C540. También observaron que los fullerenos C60, los más comunes, se encuentran alrededor de dos nebulosas planetarias de la Vía Láctea. Este hallazgo sugiere que estas moléculas con formas tan distintivas son más comunes y abundantes de lo que se creía anteriormente.
Este descubrimiento no hubiera sido posible sin una combinación de observaciones astronómicas y conocimientos teóricos en física. Gracias a este enfoque, los científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias lograron avanzar en su comprensión del universo y su complejidad. Los fullerenos complejos son un fascinante ejemplo de cómo la investigación científica nos lleva a descubrir nuevos y emocionantes aspectos de nuestro cosmos.
Tipos de moléculas
La polaridad es una propiedad esencial en las moléculas, la cual se encuentra directamente asociada con la separación de cargas eléctricas presentes o generadas dentro de ellas. Esta característica tiene un impacto significativo en la solubilidad, ya que sustancias polares solo disuelven otras sustancias polares, mientras que sustancias apolares solo disuelven sustancias también apolares. Sin embargo, existen situaciones intermedias en las que ambas pueden interactuar. Asimismo, se ve reflejada en los puntos de fusión, ebullición y estados de agregación de las moléculas. Por lo tanto, es posible clasificar las moléculas según su polaridad en:
- Moléculas polar: Aquellas que presentan una distribución asimétrica de cargas en su estructura.
- Moléculas apolar: Compuestas por átomos de electronegatividad diferente, pero con densidades de carga que se anulan, dejando la molécula con carga neutra y sin presencia de carga eléctrica.
La determinación de si una molécula es polar o apolar no solo depende de la diferencia en la electronegatividad de los átomos, sino también de su simetría en la estructura molecular.
