Атомы и молекулы являются основными понятиями химии. Открытие элементарных частиц и развитие квантовой механики в начале XX в. окончательно сформировали современное представление об атомах и молекулах.
В 1860 г. на Международном съезде химиков в городе Карлсруэ было принято следующее определение понятий «молекула» и «атом».
Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
Атом - наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ.
Размеры атомов и молекул чрезвычайно малы. Масса атома углерода, например, равна 1,99 = 10-23 г, а объем его составляет порядка 3 = 10 -16 см3. Массы атомов обычно измеряют в относительных величинах. Относительной атомной массой атома называют отношение его абсолютной массы к массе 1/12 части массы атома углерода. Современные методы исследования, такие, как электроно- и нейтронография, электронная микроскопия, позволяющие увидеть отдельные молекулы и атомы, подтвердили правильность гипотез гениальных ученых древности. Между атомами в молекулах образуются внутримолекулярные связи, а молекулы в химических веществах удерживаются межмолекулярными связями.
В состав молекулы может входить несколько атомов. Так, молекулы благородных газов одноатомны, молекулы водорода и азота двухатомны, воды трехатомны и т. д. Молекулы наиболее сложных веществ - высших белков и нуклеиновых кислот - построены из сотен тысяч атомов. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Химические свойства молекулы определяются ее качественным составом (т. е. из атомов какого элемента она состоит) и строением (последовательности соединения атомов друг с другом). Так, молекулы этилового спирта и диметилового эфира имеют одинаковый качественный состав С2Н6О, однако по строению различаются: спирт СН3 - СН2 - ОН, эфир СН3 - О - CH3.
Молекулы, соединяясь вместе, образуют вещества. С веществами мы имеем дело в повседневной жизни, В зависимости от характера взаимодействия частиц, образующих вещество, оно может находиться в разных агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. То, в қаком состоянии находится вещество, зависит от внешних условий и, конечно, от природы самого вещества. При низкой температуре частицы вещества прочно связаны между собой и образуют правильную геометрическую структуру, имеют свою форму и объем, - это твердое состояние. При повышении температуры частицы могут смещаться относительно друг друга, но все еще находятся в контакте, имеют свой определенный объем, но не имеют формы (принимают форму сосуда, в котором находятся). Такое состояние вещества называется жидким. При дальнейшем повышении температуры частицы становятся практически несвязанными друг с другом - вещество переходит в газообразное состояние. Газы не имеют ни собственного объема, ни формы. Они способны расширяться и занимать весь объем сосуда, в котором находятся,
При сравнительно небольшом числе химических элементов количество различных веществ очень велико. Частицы, которые образуют вещества, необязательно являются молекулами. Это могут быть атомы или ионы.Ионами называются частицы, состоящие из одного или нескольких атомов, но, в отличие от электронейтральных молекул, имеют заряд положительный (катионы) или отрицательный (анионы).
Процессы, в результате которых одни химические вещества превращаются в другие, называются химическими реакциями. В результате химических реакций происходит разрушение одних связей между атомами в молекуле и образование других. Продукты реакций отличаются по химическим свойствам от исходных веществ.
Никакими физическими способами нельзя из образовавшихся веществ вновь получить исходные. Этим химические процессы отличаются от физических, например от замерзания воды.