Alm. Molekül (n), Fr. Molécule (m), İng. Molecule. Bir kimyâsal maddenin bağımsız olarak bulunabilen en küçük parçası. Moleküller bir veya birden fazla atomdan müteşekkildirler. Bir veya daha fazla türden atomu ihtivâ ederler. Asil (veya nâdir) gazların molekülleri tek atomdan meydana gelmiştir. Bu elemanlar, atomlarının birbirleriyle birleşme yönünden az eğilim göstermesi yönünden değişik bir özelliğe sâhiptirler. Asil gazların, molekülleri ve atomları aynıdır. Diğer bütün moleküller birden fazla atomdan meydana gelmiştir. Hidrojen H2, oksijen O2, azot N2 ve klor Cl2 gibi sık rastlanan gazların molekülleri, aynı elemanın iki atomundan ibârettir. Su H2O, hidrojen peroksit H2O2, karbon monoksit CO, karbon dioksit CO2 ve amonyak NH3 gibi çevremizde sık rastlanan bileşiklerin moleküllerinde farklı atomlar bulunur.

En küçük molekül, hidrojen molekülü (H2) olup, çapı 2,3-2,4 angstron (1 angstron= 10-8cm) ve ağırlığı 3,3x10-24 gramdır. Meselâ bir çay kaşığında bulunan su moleküllerinin sayısı, Atlas (Atlantik) Okyanusunda bulunan suyun, çay kaşığı sayısına eşittir. En büyük moleküller, protein ve DNA gibi karmaşık organik moleküllerdir. Bunlar binlerce tek atomdan müteşekkildir ve molekül ağırlıkları hidrojeninkinin birkaç milyon katıdır.

Moleküller gaz, sıvı ve katı olarak bulunurlar. Genel olarak, diğer özellikleri aynı olmak şartıyla, moleküller, büyük ve ağır oldukça daha zor buharlaşırlar. Meselâ, metan (CH4)dan butan (C4H10)a kadar olan moleküller normal sıcaklıkta gazdırlar. Ancak pentan (C5H12)’dan pentadekan (C15H32) a kadar olanlar ise sıvıdırlar. Heksadekan (C16H32) ve daha ağır olanlar ise katıdır. Bu durum ayrıca sıcaklığa ve moleküller arası çekim kuvvetine bağlıdır. Molekül yığınlarında moleküller, oldukça zayıf moleküller arası kuvvetle tutulurken; moleküllerin elektrik yüklü olması hâlinde kuvvetli bir elektrostatik kuvvetle bir arada tutulurlar. Böyle bir katı kristali eritmek için bu kuvvetli bağların çözülmesi gerekir. Bu ise erime noktasının yüksek olması ve daha fazla enerjiye ihtiyaç olunması sonucunu getirir.

Molekül içi kuvvetler: Bir kimyâsal maddede moleküller elektronların etkili olduğu iki tür kimyasal kuvvetle bir arada tutulurlar. Moleküllerden meydana gelmeyen bileşikler iyon bağı ile bir arada bulunurlar. Böyle durum bir veya daha fazla elektronun bir elektropozitif elementten (genellikle metaldan) bir elektronegatif elemente (genellikle metal olmayan) geçişi şeklinde meydana gelir. Bir atomun elektronegatifliği, elektronların cezbedilmesinin bir ölçüsüdür. Bu ölçünün büyüklüğü oranında iyon bağı teşkil etme eğilimi fazladır. Meselâ, yüksek elektropozitif olan sodyum metali, yüksek elektronegatif olan klor gazı içinde yanarsa, her bir sodyum atomu bir elektron kaybederek tek yüklü bir pozitif iyon meydana getirirken, her bir klor atomu bir elektronu alarak tek yüklü bir negatif iyon meydana getirirler. Böyle bir değişimin sonucu olarak her bir atom, dış halkalarında sekiz elektrona sâhip olarak kararlı bir yapı kazanırlar. Sonuç olarak sodyum klorür (NaCl) normal yemek tuzu ortaya çıkar. Yemek tuzunda sodyum ve klorlar üç boyutlu yerleşmiş olarak bulunurlar. Hiçbir sodyum, belirli bir klora âit değildir.

İyonik bileşiklerin tanınmış özelliklerinden biri de sıvı hâlde ve bir sıvıda çözüldükleri zaman elektrik iletmeleri, oldukça yüksek erime ve kaynama noktasına sâhip olmaları ve su gibi sıvılarda çözülebilmeleridir.

Diğer taraftan molekülün meydana gelmesinde etkili olan kovalent bağı, iki atom arasında elektronun geçişi şeklinde değil de, elektronun ortaklaşılması sûretiyle ortaya çıkar. Bu genellikle metal olmayan elementlerde görülür. Atomların tamâmen aynı olması durumunda her ikisi de, aynı elektronegatifliğe sâhiptir. Birbirlerine elektron vererek kararlı duruma gelemezler. Bunun yerine her bir atomun dış kabuğunda bulunan elektronlar, diğer atom tarafından karşılıklı paylaşılır. Böylece her biri kararlı duruma gelir. Meselâ, iki flor atomu bir araya gelerek, bir elektronlarını karşılıklı paylaşırlar. Azotta ise, karşılıklı üç elektronun paylaşılması sûretiyle molekül meydana gelir. Bu tür moleküller genellikle elektrik akımı iletmezler. Erime ve buharlaşma noktaları düşüktür. Sadece kovalent bağı ile aynı cins atomların birleşmesiyle meydana gelen Cl2 gibi olan moleküllerde, atomlar aynı elektronegatifliğe sâhiptir. Ortaklaşa kullanılan elektronlar arada bulunur.

Bu şekilde açıklamalar yanında moleküler yapı, kuvantum mekanik teorisi yönünden de açıklamalara sahiptir. Kuvantum mekanik, kimyâsal bağları ve değişiklikler için bir teori verirken, moleküllerin üç boyutlu yapıda nasıl titreştiğini açıklar. Bu yaklaşımda elektron, artık, ayrık parçalar olarak düşünülmez. Burada önemli kabul, Heisenberg’in belirsizlik prensibidir. Buna göre bir elektronun hem yerini ve hem de hızını kesin olarak aynı zamanda ölçmek mümkün değildir. Bu hâlde elektron bulutları söz konusu olur. Bu tür bulutların yoğunluğu, verilen bir noktada elektron bulunma ihtimaliyle orantılıdır. Ancak bu tür yaklaşımda basit atomların dışında çözümü zor denklemlerle karşılaşılır. Bu sebepten tekrar ayrık elektron kabulüne gerek duyulur.

Moleküller arası çekim:

Moleküller arasında çekici ve itici olmak üzere iki tür kuvvet mevcuttur. Bir maddenin molekülleri, birbirine birkaç angstrom mertebesinde yaklaştıkları zaman, negatif yüklü iki elektron bulutu birbirini kuvvetli bir şekilde iter. Ancak biraz büyük mesâfelerde, çekici kuvvetler daha önemli olabilir. Basınç ve sıcaklığa bağlı olarak bu kuvvetler, molekülleri sıvı veya katı hâlde bir arada tutacak kadar kuvvetli olabilirler.

Moleküllerin hareketi: Genel olarak bir madde ısındıkça, yâni ısı enerjisi arttıkça, moleküllerinin de hareketi artar. Ötelenme, dönme ve titreşim olarak üç türlü molekül hareketi vardır. Ötelemede molekül, atılan bir top gibi hareket ederken, dönmede karmaşık bir molekülün bir parçası, diğer bir parçası etrafında döner. Titreşim hareketinde ise moleküller birbirine yaylarla bağlanmış gibi ileri geri hareket ederler. Bu tür harekette moleküller arası mesâfe onda bir oranında azalır veya artar. Titreşimleri çok hızlı olup, sâniyede 10 trilyon (1013) mertebesinde iken, dönme yaklaşık bunun yüzde biri hızında, sâniyede 100 milyar (1011) civarındadır. Moleküllerin öteleme hızları ise, saatte birkaç kilometre mertebesindedir.

Molekülün hareketinin tür ve derecesi, maddenin sâhip olduğu ısı enerjisine bağlıdır. Eğer sıcaklık çok düşükse, moleküller sıkı olarak yerleşmiş olur ve sâdece titreşim hareketi yaparlar ve madde katı hâlde bulunur. Sıcaklık yükseldikçe molekül, titreşim yanında dönme de yapar. Ancak yerleri sâbit kaldığı müddetçe madde katı kalır. Sıcaklık daha da yükselirse moleküller sıkı yerleşmiş olmakla beraber öteleme hareketi, kayma, birbiri üzerinde atlama yaparlar. Bu hâlde de sıvı durumdadır. Daha yüksek sıcaklıklarda ise moleküller birbirlerine daha az bağlıdırlar. Uzayda serbestçe hareket ederler. Bir gaz olarak, bir kap içinde değilseler, sınırsız bir şekilde hareket ederler.

Karmaşık moleküler yapılar:

Düz zincirler: Düz zincir moleküllerine tipik misal olarak, hidrokarbon serilerini gösterebiliriz. Metan (CH4) en basit hidrokarbon bileşiği, tetraedral yapıya sâhiptir. Tetraedrin her köşesinde bir hidrojen atomu bulunur. Karbon atomu ise tetraedrin tam merkezindedir. Bu, karbon atomunun bağlarının köşelere doğru yöneldiği sonucunu verir. Metan genellikle

şeklinde gösterilir. Metanın hidrojen atomlarından birinin yerine metil gurubu (CH3-) konulursa, hidrokarbonların bir üst üyesi olan etan meydana gelir. Buna benzer olarak bundan sonra gelen üye propandır. Hidrokarbon serisinde birbirini tâkip edenler arasında (CH2) kadar bir fark vardır. Bu tür hidrokarbon zincirleri aslında dosdoğru değildir. Komşu karbon atomları arasındaki açı, tedraedral (109°28’) olduğu için zincir zikzak şekle sahiptir. Kapalı zincirlere karşılık olarak “düz” ismilendirilirler.

Halkalar: Karbon atomunun bağlanma açısı tedraedral olduğundan, halka yapısı, zincirin sonlarının birbirlerine bağlanmasıyla meydana gelir. Bu yapıya aromatik bileşikler, siklohegzan ve steroitler misâl olarak verilebilir.

Halkalı bileşiklerin en önemli sınıfı aromatik bileşiklerdir. Bu bileşiklerin en basit üyesi benzen (C6H6)dir. Benzende karbonlar arasında sırayla bir tek ve bir çift bağ bulunmaktadır. Karbonlar arasında çift bağ olduğu hâlde, doymamış hidrokarbonların özelliğini göstermez. Bu çift bağlar belirli bir yerde değildir. Titreşim hâlinde karbonlar arasında değişir. Halka yapı, organik bileşiklere has bir yapı olmayıp, bâzı anorganik bileşiklerde de görülür. Bor elementinin meydana getirdiği borazin bileşiği, elektronik yapı bakımından benzene benzer ve buna bâzan “anorganik benzen” de denir.

Kafes yapısı: En basit kafes yapı, beyaz fosforda (P4) bulunur. Bu, fosfor atomlarının bir tedrahedrin köşelerine yerleşmesinden meydana gelir. Fosforun oksitlerinden P4O6 ve P4O10 kafes yapısına sâhiptirler. P4O6 ile aynı sayıda elektron sayısına ve aynı yapıya sâhip olan fosfor imid P4(NCH3)6 de kafes yapısına sâhiptir.

Sandaviç bileşimler: Metal atomun iki hidrokarbon halkasının arasında bulunduğu oldukça büyük bir organometalik bileşiklerdir. İlk sandaviç bileşim ferosende bulundu. Benzene olan benzerliğinden (aromatik reaktivitesinde) bu isim verildi.

İzomerler: İzomerler aynı kimyasal bileşime ve moleküler ağırlığa sahip, fakat farklı özellik gösteren moleküllerdir. Çeşitli türde sınıflandırıldığı hâlde, yapısal izomerler ve stereoizomerler esas grubu teşkil eder.

İzomerler, aynı tür ve sayıda atomlara sahip olmakla beraber, atomlar arası bağlar farklıdır. Atomların ve bağlarının uzayda yerleşmesi farklıdır.

Makromoleküller: Makromoleküller veya polimerler, kovalent bağlar yardımıyla aynı küçük moleküllerin biraraya gelmesi sûretiyle meydana gelirler. Meselâ, formaldehit (HCHO) simetrik trioksan olarak isimlendirilen bir trimer (HCHO)3 ve uzun bir zincir polimer olan paraformaldehit HO (HCHO)nH’i teşkil eder. Burada n, 8 ile 100 arasında değişir.

Makromoleküller bir boyutlu polimerler olabilir. Bunlar tabii olarak ortaya çıkan lastik, ipek, aspest ile sunî madde olan polietilen ve sıvı silikonlardır. Kezâ, bunlar mika, grafit veya volkanize (çapraz bağlı) lastikte olduğu gibi iki boyutlu ve kuars veya elmasda olduğu gibi üç boyutlu da olabilirler.

Polimerlerin özelliklerini bunu meydana getiren dev moleküllerin özellikleri belirler. Silikon sıvılar, mika ve kuarsın hepsi silikooksijen bağlara sâhiptir. Fakat birbirine olan bağlantı sıra ile bir, iki ve üç boyutludur. Diğer bir misal de grafit ve elmas olup, tamamen karbondan ibâret olmalarına rağmen, çok değişik yapıya sâhiptirler. Grafitte karbon atomları iki boyutlu levhalarda bağlı olup, levhalar arasındaki bağ oldukça zayıftır. Levhalar birbiri üzerinde kolayca kayarak grafiti yumuşak ve mükemmel bir yağlayıcı yaparlar. Elmasta ise karbon atomları birbirine üç boyutlu bağlı olup, üç boyutlu bir yapı ortaya çıkar. Elmas, kuvvetli kovalent bağlardan dolayı en sert maddedir.

Canlılardaki glikojen, nişasta, selüloz ve protein, polimerdirler.