Molécule

Le nom « molécule » provient du latin scientifique molecula, diminutif du nom latin moles, se traduisant par « masse ».

Le concept de molécule, sous sa forme actuelle, a été présenté la première fois en 1811 par Avogadro, qui a su surmonter la confusion faite à cette époque entre atomes et molécules, en raison des lois des proportions définies et multiples de John Dalton (1803-1808).

L'analyse d'Avogadro a été acceptée par beaucoup de chimistes, à des exceptions notables (Boltzmann, Maxwell, Gibbs). Mais l'existence des molécules est restée en discussion ouverte dans la communauté scientifique jusqu'au travail de Jean Perrin (1911) qui a alors confirmé expérimentalement l'explication théorique du mouvement brownien en termes d'atomes proposée par Einstein (1905). Jean Perrin a également recalculé le nombre d'Avogadro par plusieurs méthodes.

Dipôle de la molécule d'eau.

• L'étude des composés biochimiques a conduit les chimistes à distinguer les molécules organiques et inorganiques. En 2011, il existe près de 10 millions de composés organiques connus (composés dont un des éléments chimiques constitutifs est le carbone), soit plus de 25 fois le nombre de molécules inorganiques[2].
• Une molécule élémentaire ou homonucléaire est une molécule constituée d'un seul type d'atomes, par exemple le dioxygène (O₂). Lorsqu’une molécule est composée de plusieurs types d’atomes, elle est dite hétéronucléaire.
• Une molécule polaire ou apolaire est respectivement une molécule ayant un moment dipolaire résultant non nul (cas de la molécule d'eau) ou nul.
• Une molécule hydrophile ou hydrophobe est une molécule qui a de l'affinité pour l'eau ou qui fuit l'eau (non soluble ou non miscible avec l'eau), respectivement ; comme l'acide oléique, molécule hydrophobe qui fuit donc l'eau.
• Une molécule amphiphile est une molécule ayant une ou plusieurs parties hydrophiles et une ou plusieurs parties hydrophobes.
• En appliquant strictement la définition, les ions polyatomiques ne sont pas des molécules. En revanche, les zwitterions, globalement neutres mais possédant des charges de signe opposé dans différentes parties de leur structure, sont des molécules.
• Une molécule marquée est une molécule dans laquelle un ou plusieurs atomes sont remplacés par un de leurs isotopes. Cette pratique est courante avec des isotopes radioactifs, dans un but médical.
• Une molécule activée (ou excitée) est une molécule qui contient un ou plusieurs atomes excités, atomes dont un ou plusieurs électrons se trouvent à des niveaux d'énergie plus élevés que celui de l'état fondamental.
• Deux molécules sont dites isoélectroniques si elles ont la même configuration électronique de valence.
• Molécule médicamenteuse : on appelle abusivement molécule la substance active d'un médicament (par opposition à son nom de marque), quand bien même la substance active est composée de plusieurs espèces chimiques différentes (exemple : cas de la gentamicine). Il est préférable de parler de substance active ou de principe actif.

On distingue quatre catégories de substances non moléculaires :

• les gaz nobles (à l'état gazeux, liquide ou solide) qui, ayant une couche de valence saturée, ne se composent que d'atomes indépendants (ce sont des substances monoatomiques). À l'état condensé (liquide ou solide), la cohésion de l'ensemble est assurée par les forces de London ;
  • les gaz d'autres corps simples, monoatomiques à très haute température (à des températures inférieures ils sont généralement moléculaires) ;
• les métaux (à l'état gazeux, liquide ou solide), purs ou en alliage. À l'état condensé (liquide ou solide), les atomes sont liés les uns aux autres par la mise en commun globale et délocalisée d'électrons (liaison métallique), mais sans formation de petits groupes. Les métaux solides forment une structure tridimensionnelle appelée réseau métallique ;
• les composés ioniques (ou sels) à l'état solide ou liquide, qui regroupent des cations et des anions c'est-à-dire des éléments portant une charge positive (cations) ou négative (anions). La cohésion de l'ensemble est assurée par la force électrostatique qui attire les ions ayant des charges électriques de signes opposés (liaison ionique). Lorsqu'un ion n'est pas monoatomique mais constitué d'un groupe d'atomes doté d'une charge globale non nulle, on parle d'ion polyatomique (ou moléculaire). Les sels solides forment une structure tridimensionnelle appelée réseau ionique ;
• les réseaux covalents solides, qui sont des composés covalents non moléculaires comme le diamant, le graphite, le graphène ou encore le dioxyde de silicium. Ce sont des structures covalentes géantes, créant un réseau tridimensionnel comparable aux structures des réseaux métalliques ou ioniques.

Dans les régions entre des systèmes solaires, la probabilité de rencontre entre atomes est très faible, mais il existe des assemblages moléculaires, tels que le dihydrogène, le monoxyde de carbone ou encore certains fullerènes. Les comètes et les atmosphères gazeuses des planètes contiennent une plus grande variété de molécules.

La structure des organismes biologiques qui constituent la biosphère peut être décomposée en plusieurs niveaux d'organisation : atomique, moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique, des systèmes nerveux, et enfin celui de l'organisme dans sa totalité fonctionnelle.

L'étude scientifique du vivant se fait par des recherches sur les éléments de chacun de ces niveaux, puis par la compréhension des interactions entre ces différents niveaux (voir l'article Méthode scientifique).

L'étude du niveau des molécules permet de comprendre le fonctionnement de la cellule, qui est l'unité fonctionnelle élémentaire du vivant.