الجزيء هو مزيج من ذرتين أو أكثر مترابطتين بقوى جذب تُعرف بالروابط الكيميائية؛ وقد يشمل هذا المصطلح الأيونات التي تستوفي هذا الشرط حسب السياق. في ميكانيكا الكم والكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية، غالبًا ما يتم تجاهل الفرق بين الجزيئات والأيونات، ويُستخدم مصطلح "جزيء" للإشارة إلى الأيونات متعددة الذرات. الذرات هي المكونات الأساسية للعناصر. وهي تتكون من نواة محاطة بإلكترونات. تظهر الإلكترونات التكافؤية عندما تكون غلافات الذرة غير مكتملة. عندما تشارك ذرتان أو أكثر إلكترونات الغلاف الخارجي، فإنها تُشكّل رابطة كيميائية وتصل إلى حالة طاقة أقل. ويحدث تفاعل طارد للحرارة عندما ترتبط الذرات معًا، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة. أما إذا تم كسر الرابطة التساهمية وتفكك الجزيء، فإن ذلك يستهلك طاقة ويصبح تفاعلًا ماصًا للحرارة. تتكوّن الجزيئات الثنائية الذرة عندما تندمج ذرتان. أول أكسيد الكربون مثال على جزيء ثنائي الذرة، يحتوي على ذرة كربون واحدة وذرة أكسجين واحدة. الجزيئات الثنائية المتجانسة مثل الأكسجين أو النيتروجين تحتوي على ذرتين من نفس العنصر. أما الماء وثاني أكسيد الكربون فهما جزيئات متعددة الذرات تحتوي على أكثر من ذرتين. البوليمرات، أو الجزيئات الكبيرة، يمكن أن تحتوي على آلاف الذرات.
هناك عدة طرق يمكن أن تتحد بها الذرات لتكوين جزيئات. يمكن تكوين مركبات مختلفة من خلال دمج نفس الذرات بنسب مختلفة. يتم تكوين بيروكسيد الهيدروجين عند اتحاد ذرتين من الهيدروجين مع ذرتين من الأكسجين، بينما يتم تكوين الماء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة. قد تتحد نفس العناصر أيضًا بتركيبات فيزيائية مختلفة ولكن بنفس النسب. تؤثر البنية الفيزيائية للجزيء على خصائصه. مثال على ذلك هو جزيء الماء، حيث تفصل زاوية 120 درجة بين ذرتي الهيدروجين، مما يخلق شحنة كهربائية صغيرة اتجاهية تُكسب الماء خصائصه كمذيب.
الوزن الجزيئي
الوزن الجزيئي لجزيء ما هو مجموع الأوزان الذرية للذرات التي يتكون منها. إذا كان لمادة وزن جزيئي مقداره M، فإن كمية M غرام منها تُعتبر مولًا واحدًا. يُشير عدد أفوجادرو إلى عدد الجزيئات في المول الواحد، وهو ثابت لجميع المواد. يمكن قياس الوزن الجزيئي باستخدام مطياف الكتلة أو من خلال الطرق الديناميكية الحرارية وطرق النقل الحركية
الروابط الكيميائية
تشير الروابط الكيميائية إلى أي علاقة تسمح للذرات بتكوين جزيئات أو أيونات أو بلورات أو أنواع مستقرة أخرى تشكّل المواد الكيميائية التي نستخدمها يوميًا. عندما تتصادم الذرات، تتفاعل نوى وإلكترونات هذه الذرات وتعيد توزيع نفسها في الفضاء، مما يؤدي إلى طاقة كلية أقل من أي ترتيب آخر. إذا كانت الطاقة الكلية لمجموعة من الذرات أقل من مجموع طاقاتها الفردية، فإنها تترابط، ويُعرف انخفاض الطاقة باسم طاقة الرابطة. ظهرت النظريات التي حسّنت فهم الروابط الكيميائية في أوائل القرن العشرين، بعد اكتشاف الإلكترون وتقديم ميكانيكا الكم كمصطلحات لوصف حركة الإلكترونات في الذرات. ورغم أن الكيميائيين يستخدمون ميكانيكا الكم للحصول على فهم كمي دقيق لتكوين الروابط، إلا أن معظم فهمهم العملي يُعبر عنه بمفاهيم بسيطة وبديهية. صنّفت هذه النظريات الروابط إلى نوعين: أيونية وتساهمية يمكن التنبؤ بنوع الرابطة المحتملة بين ذرتين من خلال موقع العنصرين في الجدول الدوري، كما يمكن ربط خصائص المواد الناتجة بنوع الرابطة.
الجزيئات القطبية وغير القطبية
إذا كانت الشحنات السالبة والموجبة في جزيء ما متساوية، فلا توجد شحنة كهربائية صافية عليه. القوى التي تواجهها الجزيئات تتحدد من خلال توزيع الشحنات الموجبة والسالبة في الفضاء. عندما يكون التوزيع متماثلًا كرويًا، يُصنف الجزيء كغير قطبي. أما إذا كان الجزيء يحتوي على فائض من الشحنة الموجبة في أحد طرفيه وفائض من الشحنة السالبة في الطرف الآخر، يُعتبر جزيئًا قطبيًا. يُقال إن هذا الجزيء يمتلك عزم ثنائي القطب، وهو ميل قابل للقياس للدوران في مجال كهربائي أو مغناطيسي. السماح للجزيئات القطبية بالدوران يؤدي إلى عدة اتجاهات تولد قوى تجاذب.
بينما تُعد المواد القطبية محبة للماء (هيدروفيلية)، فإن الجزيئات غير القطبية غالبًا ما تكون محبة للدهون (ليبوفيلية). المواد غير القطبية التي تذوب في الدهون تذوب في الجزء الكاره للماء وغير القطبي من الغشاء الخلوي، مما يجعل مرورها عبر الغشاء سهلًا. الماء، وهو جزيء قطبي، يمكنه المرور عبر الغشاء غير القطبي، لكن العديد من الجزيئات القطبية الأخرى، بما في ذلك الأيونات المشحونة والمركبات ذات السلاسل الجانبية القطبية المتعددة، لا يمكنها ذلك. تستخدم المواد القطبية مسارات نقل مخصصة للعبور عبر