Molekul
Penggambaran tiga dimensi (kiri dan tengah) berserta dua dimensi (kanan) molekul
terpenoid atisana.
Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil.
[1][2] Menurut definisi ini, molekul berbeda dengan
ion poliatomik. Dalam
kimia organik dan
biokimia, istilah
molekul digunakan secara kurang kaku, sehingga
molekul organik dan
biomolekul bermuatan pun dianggap termasuk molekul.
Dalam teori
kinetika gas, istilah
molekul sering digunakan untuk merujuk pada partikel gas apapun tanpa bergantung pada komposisinya.
[3] Menurut definisi ini, atom-atom
gas mulia dianggap sebagai molekul walaupun gas-gas tersebut terdiri dari atom tunggal yang tak berikatan.
[4]
Sebuah molekul dapat terdiri atom-atom yang ber
unsur sama (misalnya
oksigen O
2), ataupun terdiri dari
unsur-unsur berbeda (misalnya
air H
2O). Atom-atom dan kompleks yang berhubungan secara non-kovalen (misalnya terikat oleh
ikatan hidrogen dan
ikatan ion) secara umum tidak dianggap sebagai satu molekul tunggal.
[sunting] Ilmu molekuler
Ilmu yang mempelajari molekul disebut
kimia molekuler ataupun
fisika molekuler bergantung pada fokus kajiannya. Kimia molekuler berkutat pada hukum-hukum yang mengatur interaksi antara molekul, manakala fisika molekuler berkutat pada hukum-hukum yang mengatur struktur dan sifat-sifat molekul. Dalam prakteknya, perbedaan kedua ilmu tersebut tidaklah jelas dan saling bertumpang tindih. Dalam ilmu molekuler, sebuah molekul terdiri dari suatu sistem stabil yang terdiri dari dua atau lebih molekul.
Ion poliatomik dapat pula kadang-kadang dianggap sebagai molekul yang bermuatan. Istilah
molekul tak stabil digunakan untuk merujuk pada spesi-spesi kimia yang sangat reaktif.
Walaupun keberadaan molekul telah diterima oleh banyak kimiawan sejak awal abad ke-19, terdapat beberapa pertentangan di antara para fisikawan seperti
Mach,
Boltzmann,
Maxwell, dan
Gibbs, yang memandang molekul hanyalah sebagai sebuah konsepsi matematis. Karya
Perrin pada gerak Brown (1911) dianggap sebagai bukti akhir yang meyakinkan para ilmuwan akan keberadaan molekul.
Definisi molekul pula telah berubah seiring dengan berkembangnya pengetahuan atas struktur molekul. Definisi paling awal mendefinisikan molekul sebagai
partikel terkecil
bahan-bahan kimia yang masih mempertahankan komposisi dan sifat-sifat kimiawinya.
[5] Definisi ini sering kali tidak dapat diterapkan karena banyak bahan materi seperti
bebatuan,
garam, dan
logam tersusun atas jaringan-jaringan atom dan
ion yang terikat secara kimiawi dan tidak tersusun atas molekul-molekul diskret.
[sunting] Ukuran molekul
Kebanyakan molekul sangatlah kecil untuk dapat dilihat dengan mata telanjang. Kekecualian terdapat pada
DNA yang dapat mencapai ukuran makroskopis. Molekul terkecil adalah
hidrogen diatomik (H
2), dengan keseluruhan molekul sekitar dua kali panjang ikatnya (0.74
Å). Satu molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau menggunakan cahaya, namun dapat dideteksi menggunakan
mikroskop gaya atom. Molekul dengan ukuran yang sangat besar disebut sebagai
makromolekul atau supermolekul.
Jari-jari molekul efektif merupakan ukuran molekul yang terpantau dalam larutan.
[6][7]
[sunting] Rumus molekul
Rumus empiris sebuah senyawa menunjukkan nilai perbandingan paling sederhana
unsur-unsur penyusun senyawa tersebut. Sebagai contohnya,
air selalu memiliki nilai perbandingan atom
hidrogen berbanding
oksigen 2:1.
Etanol pula selalu memiliki nilai perbandingan antara
karbon,
hidrogen, dan
oksigen 2:6:1. Namun, rumus ini tidak menunjukkan bentuk ataupun susunan atom dalam molekul tersebut. Contohnya, dimetil eter juga memiliki nilai perbandingan yang sama dengan etanol. Molekul dengan jumlah
atom penyusun yang sama namun berbeda susunannya disebut sebagai
isomer.
Perlu diperhatikan bahwa rumus empiris hanya memberikan nilai perbandingan atom-atom penyusun suatu molekul dan tidak memberikan nilai jumlah atom yang sebenarnya.
Rumus molekul menggambarkan jumlah atom penyusun molekul secara tepat. Contohnya,
asetilena memiliki rumus molekuler C
2H
2, namun rumus empirisnya adalah CH.
Massa suatu molekul dapat dihitung dari rumus kimianya. Sering kali massa molekul diekspresikan dalam
satuan massa atom yang setara dengan 1/12 massa atom karbon-12.
[sunting] Geometri molekul
Molekul memiliki geometri yang berbentuk tetap dalam keadaan kesetimbangan. Panjang ikat dan sudut ikatan akan terus bergetar melalui gerak vibrasi dan rotasi. Rumus kimia dan struktur molekul merupakan dua faktor penting yang menentukan sifat-sifat suatu senyawa. Senyawa isomer memiliki rumus kimia yang sama, namun sifat-sifat yang berbeda oleh karena strukturnya yang berbeda. Stereoisomer adalah salah satu jenis isomer yang memiliki sifat fisika dan kimia yang sangat mirip namun aktivitas
biokimia yang berbeda.