Une molécule est un groupe électriquement neutre de deux atomes ou plus maintenus ensemble par des liaisons chimiques. Les molécules se distinguent des ions par leur manque de charge électrique. Cependant, en physique quantique, en chimie organique et en biochimie, le terme molécule est souvent utilisé de manière moins stricte, étant également appliqué aux ions polyatomiques.

Dans la théorie cinétique des gaz, le terme molécule est souvent utilisé pour toute particule gazeuse quelle que soit sa composition. Selon cette définition, les atomes de gaz rares sont considérés comme des molécules car ce sont des molécules monoatomiques.

Une molécule peut être homonucléaire, c'est-à-dire qu'elle est constituée d'atomes d'un élément chimique, comme avec l'oxygène (O2); ou il peut être hétéronucléaire, un composé chimique composé de plus d'un élément, comme avec l'eau (H2O). Les atomes et les complexes reliés par des interactions non covalentes, telles que les liaisons hydrogène ou les liaisons ioniques, ne sont généralement pas considérés comme des molécules uniques.

Les molécules en tant que composants de la matière sont courantes dans les substances organiques (et donc la biochimie). Ils constituent également la plupart des océans et de l'atmosphère. Cependant, la majorité des substances solides familières sur Terre, y compris la plupart des minéraux qui composent la croûte, le manteau et le noyau de la Terre, contiennent de nombreuses liaisons chimiques, mais ne sont pas constituées de molécules identifiables. En outre, aucune molécule typique ne peut être définie pour les cristaux ioniques (sels) et les cristaux covalents (solides de réseau), bien que ceux-ci soient souvent composés de cellules unitaires répétitives qui s'étendent soit dans un plan (comme dans le graphène) soit en trois dimensions (comme dans le diamant, le quartz ou le chlorure de sodium). Le thème de la structure cellulaire unitaire répétée vaut également pour la plupart des phases condensées avec une liaison métallique, ce qui signifie que les métaux solides ne sont pas non plus constitués de molécules. Dans les verres (solides qui existent dans un état désordonné vitreux), les atomes peuvent également être maintenus ensemble par des liaisons chimiques sans présence d'aucune molécule définissable, ni aucune de la régularité des unités répétitives qui caractérise les cristaux.

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