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[[Datei:Remdesivir molecule.png|mini|Darstellung eines Moleküls der Verbindung [[Remdesivir]]. Unter der [[Elektrisches Potential|elektrostatischen Potenzialoberfläche]] erkennt man das [[Stäbchenmodell|Kugel-Stab-Modell]] mit den [[Atom]]en und [[Chemische Bindung|Bindungen]].]]
'''Moleküle''' [{{IPA|moleˈkyːlə}}] (älter auch: ''Molekel'' [{{IPA|moˈleːkəl}}]; von {{laS|molecula|de=kleine Masse}}) sind „im weiten Sinn“ zwei- oder mehr[[atom]]ige Teilchen, die durch [[chemische Bindung]]en zusammengehalten werden und wenigstens so lange stabil sind, dass sie z. B. [[Spektroskopie|spektroskopisch]] beobachtet werden können. Ein Molekül kann dabei aus mehreren gleichen oder aus verschiedenen Atomen bestehen. Es kann sich um neutrale Teilchen, aber auch um [[Radikal (Chemie)|Radikale]], [[Ion]]en oder auch ionische [[Addukt]]e handeln. So sind z. B. viele Typen von [[Interstellares Medium|interstellaren Molekülen]] unter irdischen Bedingungen nicht stabil. [[International Union of Pure and Applied Chemistry|IUPAC]] nennt solche Teilchen „molekulare Gebilde“ (''molecular entity'').<ref>{{Gold Book|molecular entity|M03986}}</ref>

== Grundsätzliches ==
[[Datei:Thermally Agitated Molecule.gif|mini|Durch Energiezufuhr verursachte [[Molekülschwingung]]en eines Ausschnitts einer [[α-Helix]]]]

''Im engen Sinn'' und im allgemeinen Sprachgebrauch der [[Chemie]] sind Moleküle elektrisch neutrale Teilchen, die aus zwei oder mehreren [[Atom]]en aufgebaut sind.<ref>{{Gold Book|molecule|M04002}}</ref> Die Atome sind [[Kovalente Bindung|kovalent]] miteinander verknüpft und bilden einen in sich abgeschlossenen, chemisch abgesättigten Verband.<ref name="BNT">''Der Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik.'' F. A. Brockhaus, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2003.</ref><ref name="CDRömpp">{{RömppOnline |ID=RD-13-02869 |Name=Moleküle |Abruf=2014-06-20}}</ref>
Ein so definiertes Molekül ist das kleinste Teilchen eines bestimmten [[Reinstoff]]es und hat eine bestimmbare [[Molekülmasse]]. Ein Molekül ist kein starres Gebilde, bei Energiezufuhr treten unterschiedliche [[Molekülschwingung]]en auf; hierzu reicht schon die [[Standardbedingungen|Normaltemperatur]].

Moleküle können aus Atomen eines einzigen [[Chemisches Element|chemischen Elements]] aufgebaut sein, wie z. B. [[Sauerstoff]] (O2) und [[Stickstoff]] (N2) (sogenannte [[Elementmolekül]]e). Die meisten Moleküle sind jedoch Verbände von Atomen verschiedener Elemente, wie beispielsweise [[Wasser]] (H2O) und [[Methan]] (CH4). Die Anordnung der Atome (ihre [[Konstitution (Chemie)|Konstitution]]) in einem Molekül ist durch die chemischen Bindungen fixiert.
So unterscheiden sich trotz gleicher Anzahl der beteiligten Atome [[Ethanol]] (H3C–CH2–OH) von [[Dimethylether]] (H3C–O–CH3); sie werden durch unterschiedliche [[chemische Formel]]n dargestellt. In bestimmten Fällen können Moleküle wie z. B. die Moleküle der [[Milchsäure]] Formen mit gleicher Konstitution, aber unterschiedlicher ''räumlicher Anordnung'' (der [[Konfiguration (Chemie)|Konfiguration]]) vorliegen. Dass gleiche [[Summenformel]]n unterschiedliche Moleküle zulassen, wird allgemein [[Isomerie]] genannt.

Die ''chemischen'' Eigenschaften eines Stoffes sowie ''[[Spektroskopie|spektroskopische]]'' Eigenschaften treten schon am einzelnen Molekül auf. Die [[Mikroskopisch und makroskopisch|makroskopischen]] ''physikalischen'' Eigenschaften wie [[Siedepunkt|Siede-]] oder [[Schmelzpunkt]] eines molekularen Stoffes entstehen erst mit mehreren Molekülen. Sie werden durch [[zwischenmolekulare Kräfte]] bestimmt und können bei Feststoffen zur Bildung von [[Molekülgitter]]n führen. Große Moleküle werden [[Makromolekül]]e genannt. Aus Makromolekülen bestehen [[Kunststoff]]e wie [[Polyethylenterephthalat|PET]] und [[Biopolymere]] wie die [[Stärke]].

Die Größe von zweiatomigen Molekülen liegt im Bereich von 10−10 m (1 [[Ångström (Einheit)|Å]]), relativ große Moleküle aus recht vielen Atomen erreichen einen Durchmesser im Bereich von 10−9 m (10 Å), wobei Makromoleküle noch etwas größer sein können. Experimentell lässt sich die Größe von Molekülen z. B. mit dem [[Ölfleckversuch]] abschätzen.

Die Bindungsverhältnisse in Molekülen beruhen auf [[Quantenmechanik|quantenmechanischen]] Effekten und werden beispielsweise mit dem [[VSEPR-Modell]], der [[Valenzbindungstheorie]] oder der [[Molekülorbitaltheorie|MO-Theorie]] erklärt und beschrieben.

== Abgrenzung ==
Nicht alle [[Chemische Verbindung|chemischen Verbindungen]] bestehen aus individuellen Molekülen. Keine Moleküle liegen z. B. bei [[Diamantstruktur|diamantartigen Stoffen]], wie [[Borcarbid]] (B4C) und [[Siliciumcarbid]] (SiC) vor. Die Atome werden zwar durch ''kovalente Bindungen'' zusammengehalten, ein typisches Molekül lässt sich jedoch nicht festlegen. Die chemische Formel ist nur eine [[Verhältnisformel]]. Die Anordnung der Atome lässt sich durch eine [[Elementarzelle]] darstellen, welche sich immer wiederholt und mit formal offenen (ungenutzten) [[Valenzelektron]]en an ihrer Oberfläche enden.

Keine Moleküle liegen auch bei [[Salze]]n wie [[Natriumchlorid]] (NaCl) vor, die durch [[ionische Bindung]]en zusammengehalten werden. Auch hier gibt die Formel das Verhältnis der beteiligten Atome wieder und auch hier kann der Verband der Atome prinzipiell eine beliebige Größe haben und den Bereich von einigen Millimetern erreichen. Grundelemente dieses Verbindungstyps sind Teilchen (hier Atome) mit einer [[Elektrische Ladung|Ladung]]. Solche Teilchen werden allgemein [[Ion]]en genannt. Das Natriumatom bildet ein [[Kation]] (Na+), das Chloratom ein [[Anion]] (Cl−).
Im Fall von [[Natriumsulfat]] (Na2SO4) besteht das Anion [[Sulfate|SO42−]] aus einem Atomverband, der eine Ladung trägt. Atomverbände mit Ladungen sind keine Moleküle ''im engen Sinn''. Dies ist auch in der organischen Chemie üblich: Essigsäure besteht aus Molekülen, das Anion der Säure wird [[Acetate|Acetat-Ion]] genannt. Ein Sonderfall ist die [[Massenspektrometrie]], bei der der Begriff ''Molekül-Ion'' verwendet wird.<ref>{{Gold Book|molecular ion|M03988}}</ref>

Mehratomige Radikale sind ebenfalls keine Moleküle ''im engeren Sinn'', da diese Teilchen chemisch nicht abgesättigt sind. Es ist genügend und eindeutig, sie Radikale zu nennen. Die Bezeichnung „Radikale“ impliziert, dass sie aus mehr als einem Atom bestehen. Besonders in der organischen Chemie sind sie hochreaktive [[Zwischenprodukt]]e in bestimmten [[Chemische Reaktion|chemischen Reaktionen]]. Es gibt jedoch auch stabile Radikale, wie [[Stickstoffmonoxid]] oder [[2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl|TEMPO]]. Hier führen zwischenmolekulare Kräfte zu physikalischen Eigenschaften der Verbindungen und diese Verbindungen können als molekular betrachtet werden.

== Darstellungsweisen ==
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Moleküle visuell darzustellen, wobei jede Darstellungsart bestimmte Vor- und Nachteile mit sich bringt. Grundsätzlich kann zwischen alphanumerischen oder zeichnerischen ''Formeldarstellungen'' und dreidimensionalen ''Modellen'' unterschieden werden. Daneben werden Moleküle auch mit mathematischen Modellen beschrieben.

=== Formeldarstellung ===
[[Verhältnisformel]]n haben den niedrigsten Informationsgehalt und geben nur das Verhältnis der Atome im Molekül an. Aus der [[Elektronenformel|Elektronen-]] und [[Valenzstrichformel]] geht bereits hervor, welche Atome miteinander gebunden sind, die sogenannte [[Konstitution (Chemie)|Konstitution]]. Am meisten Information steckt in der [[Keilstrichformel]], welche zusätzlich die räumliche Anordnung der Bindungen darstellt, die sogenannte [[Konfiguration (Chemie)|Konfiguration]]. Daneben existieren weitere Formeldarstellungen, etwa die [[Fischer-Projektion]], welche ebenfalls Information zur Konfiguration enthält, oder die [[Sägebock-Projektion|Sägebock-]] und die [[Newman-Projektion]], welche zusätzlich noch die [[Konformation]] darstellen.

{| class="wikitable centered" style="text-align:center"
|+ Vergleich verschiedener Formelschreibweisen unterschiedlicher Abstraktionsgrade.
|-
! rowspan="2" style="height: 30px; width: 12.5%;"|
! colspan="4" style="height:15px"| [[Strukturformel]]n
! colspan="3" style="height:15px"| Andere Darstellungsweisen
|-
! style="width:12.5%"| [[Elektronenformel]]
! style="width:12.5%"| [[Valenzstrichformel]]
! style="width:12.5%"| [[Keilstrichformel]]
! style="width:12.5%"| [[Skelettformel]]
! style="width:12.5%"| [[Konstitutionsformel]]
! style="width:12.5%"| [[Summenformel]]
! style="width:12.5%"| [[Verhältnisformel]]
|-
| style="background-color:#EFEFEF" | [[Methan]]
| [[Datei:Methan Elektronenformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| [[Datei:Methan Lewis.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| [[Datei:Methan Struktur.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| existiert nicht
| CH4
| CH4
| CH4
|-
| style="background-color:#EFEFEF" | [[Propan]]
| [[Datei:Propan Elektronenformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.3]]
| [[Datei:Propan Lewis.svg|rahmenlos|hochkant=0.5]]
| [[Datei:Propan Struktur.svg|rahmenlos|hochkant=0.4]]
| [[Datei:Propan Skelettformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| CH3–CH2–CH3
| C3H8
| C3H8
|-
| style="background-color:#EFEFEF" | [[Essigsäure]]
| [[Datei:Essigsäure Elektronenformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.3]]
| [[Datei:Essigsäure Valenzstrichformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.4]]
| [[Datei:Essigsäure Struktur.svg|rahmenlos|hochkant=0.4]]
| [[Datei:Essigsäure Skelettformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| CH3–COOH
| C2H4O2
| CH2O
|-
| style="background-color:#EFEFEF" | [[Wasser]]
| [[Datei:Wasser Elektronenformel.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| [[Datei:WasserValenz.svg|rahmenlos|hochkant=0.1]]
| [[Datei:WasserKonstitution.svg|rahmenlos|hochkant=0.1]]
|existiert nicht
| existiert nicht
| H2O
| H2O
|}

=== Dreidimensionale Modelle ===
Gebräuchliche räumliche Molekülmodelle sind das [[Kalottenmodell]], das [[Stäbchenmodell]] und davon abgeleitet das Kugel-Stab-Modell. Im Kalottenmodell wird die Raumerfüllung eines Moleküls dargestellt, die beiden anderen Modelle zeigen die räumliche Anordnung der Atome und Bindungen.

Mit quantenmechanischen Computermodellen der Moleküle können [[Elektrostatische Potenzialoberfläche|elektrostatische Potenzialoberflächen]] berechnet und am Bildschirm dargestellt werden. Sie stellen das [[Elektrisches Potential|elektrostatische Potenzial]] auf einer Oberfläche mit konstanter [[Elektronendichte]] dreidimensional dar und ermöglichen ein rasches Erkennen [[Partialladung|partiell unterschiedlich geladener]] Bereiche eines Moleküls. Diese Darstellungen werden verwendet, um Interaktionen zwischen Molekülen zu beurteilen.<ref>{{Internetquelle |url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Chemical_Bonding/Fundamentals_of_Chemical_Bonding/Electrostatic_Potential_maps |titel=Electrostatic Potential maps |datum=2013-10-02 |sprache=en |abruf=2022-04-02}}</ref><ref>{{RömppOnline |ID=RD-13-04222 |Name=Elektrostatisches Potential |Abruf=2022-04-04}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Molekülphysik]]
* [[Molekülrotation]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* {{DNB-Portal|4039972-2}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4039972-2|LCCN=sh85086597}}

{{SORTIERUNG:Molekul}}
[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Molekülphysik]]

Molekül - Versionsgeschichte

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