Una molecola è un gruppo elettricamente neutro di due o più atomi tenuti insieme da legami chimici. Le molecole si distinguono dagli ioni per la loro mancanza di carica elettrica. Tuttavia, nella fisica quantistica, chimica organica e biochimica, il termine molecola viene spesso usato in modo meno rigoroso, essendo applicato anche agli ioni poliatomici.

Nella teoria cinetica dei gas, il termine molecola viene spesso usato per qualsiasi particella gassosa indipendentemente dalla sua composizione. Secondo questa definizione, gli atomi di gas nobili sono considerati molecole in quanto molecole monatomiche.

Una molecola può essere omonucleare, cioè consiste di atomi di un elemento chimico, come con l'ossigeno (O2); oppure può essere eteronucleare, un composto chimico composto da più di un elemento, come con l'acqua (H2O). Atomi e complessi collegati da interazioni non covalenti, come legami idrogeno o legami ionici, non sono generalmente considerati singole molecole.

Le molecole come componenti della materia sono comuni nelle sostanze organiche (e quindi nella biochimica). Costituiscono anche la maggior parte degli oceani e dell'atmosfera. Tuttavia, la maggior parte delle solide sostanze familiari sulla Terra, compresa la maggior parte dei minerali che compongono la crosta, il mantello e il nucleo della Terra, contengono molti legami chimici, ma non sono fatti di molecole identificabili. Inoltre, nessuna molecola tipica può essere definita per cristalli ionici (sali) e cristalli covalenti (solidi di rete), sebbene questi siano spesso composti da cellule ripetitive che si estendono in un piano (come nel grafene) o tridimensionalmente (come in diamante, quarzo o cloruro di sodio). Il tema della ripetuta struttura cellulare unitaria vale anche per la maggior parte delle fasi condensate con legame metallico, il che significa che anche i metalli solidi non sono fatti di molecole. Negli occhiali (solidi che esistono in uno stato disordinato vitreo), gli atomi possono anche essere tenuti insieme da legami chimici senza presenza di molecole definibili, né alcuna della regolarità di unità ripetitive che caratterizza i cristalli.

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