Molekula (yangi lot. molecula, quyidagi so‘zning kichraytirma shakli: lot. moles — massa) — elektr jihatdan neytral zarracha bo‘lib, u o‘zaro kimyoviy bog‘lar orqali bog‘langan ikki yoki undan ortiq atomdan tashkil topadi.

Ayrim fizika bo‘limlarida molekulalar qatoriga bir atomli molekulalar, ya’ni erkin (kimyoviy jihatdan bog‘lanmagan) atomlar ham kiritiladi (masalan, inert gazlar, simob va hokazolar).

Molekulalar elektr jihatdan neytral bo‘lsa-da, tarkibida juftlashmagan elektronlar ham bo‘lishi mumkin. Molekulyar ionlar deb molekulaga elektron qo‘shilishi yoki undan elektron ajralishi natijasida, atom yadrolarining tarkibi o‘zgarmagan holda hosil bo‘ladigan zarrachalarga aytiladi. Bir yoki bir nechta juftlashmagan elektronga ega zarrachalar radikallar deb ataladi.

Nisbatan katta molekulyar massaga ega bo‘lgan va takrorlanuvchi kichik molekulyar massali bo‘laklardan tashkil topgan molekulalar makromolekulalar deb ataladi.

Kvant mexanikasi nuqtayi nazaridan molekula — o‘zaro ta’sirlashuvchi elektronlar va atom yadrolaridan tashkil topgan tizimdir.

Molekulalarning tuzilishi va ular orasidagi o‘zaro ta’sirning o‘ziga xos xususiyatlari shu molekulalardan tashkil topgan moddaning fizik xossalarini belgilaydi.

Qattiq holatda ham molekulyar tuzilishini saqlab qoladigan moddalarga, masalan, suv, uglerod(IV) oksidi va ko‘plab organik moddalar kiradi. Ularning ko‘pchiligi nisbatan past erish va qaynash haroratiga ega. Biroq ko‘plab qattiq (kristall) anorganik moddalar molekulalardan emas, balki ionlar yoki atomlardan tashkil topadi va yirik jismlar holida mavjud bo‘ladi (masalan, natriy xlorid kristalli, mis bo‘lagi va hokazolar).

Modda molekulalarining tarkibini ifodalash uchun kimyoviy formulalar qo‘llaniladi.

Xalqaro kimyogarlarning Karlsruedagi anjumanida 1860-yilda molekula va atom tushunchalarining ta’riflari muhokama qilingan. Biroq muhokama yakunida bu ta’riflar yuzasidan umumiy qaror qabul qilinmagan.

Kimyoviy tuzilishning klassik nazariyasi

An’anaviy ta’rifga ko‘ra, molekula — moddaning kimyoviy xossalarini saqlaydigan eng kichik zarrachasidir. Bu ta’rifga bir atomli zarrachalar ham kiradi (xususan, inert gazlar molekulalari).

Muayyan moddaning molekulasi doimiy tarkibga, ya’ni kimyoviy bog‘lar orqali birikkan atomlarning bir xil soniga ega bo‘ladi. Molekulaning kimyoviy o‘ziga xosligi aynan kimyoviy bog‘larning majmui va joylashuvi, ya’ni valent o‘zaro ta’sirlar bilan belgilanadi. Bunday ta’sirlar molekula tarkibidagi atomlar orasida yuzaga kelib, keng tashqi sharoitlar oralig‘ida uning barqarorligi va asosiy xossalarini ta’minlaydi. Novalent o‘zaro ta’sirlar (masalan, vodorod bog‘lari) ko‘pincha molekulalar va ular hosil qilgan moddaning xossalariga sezilarli ta’sir ko‘rsatsa-da, molekulaning o‘ziga xosligini belgilovchi mezon sifatida hisobga olinmaydi.

Klassik nazariyaning markaziy g‘oyasi kimyoviy bog‘ haqidagi tushunchadir. Unga ko‘ra, atomlar juftligini bog‘lovchi ikki markazli bog‘lardan tashqari, «ko‘prik» atomlar ishtirokidagi ko‘p markazli (odatda uch markazli, ba’zan esa to‘rt markazli) bog‘lar ham mavjud bo‘lishi mumkin. Masalan, boranlar tarkibidagi ko‘prik vazifasini bajaruvchi vodorod atomlari shunday bog‘lar hosil qiladi. Klassik nazariya kimyoviy bog‘ning tabiatini tushuntirmaydi, balki faqat quyidagi umumiy xususiyatlarni hisobga oladi: valent burchaklar, diedral burchaklar (uchta yadro hosil qilgan tekisliklar orasidagi burchaklar), bog‘lar uzunligi va ularning energiyasi.

Shunday qilib, klassik nazariyada molekula dinamik tizim sifatida tasavvur qilinadi. Unda atomlar moddiy nuqtalar sifatida qaraladi, atomlar va o‘zaro bog‘langan atom guruhlari esa molekula energiyasi eng kichik bo‘lgan muvozanatdagi yadro konfiguratsiyasiga nisbatan aylanish va tebranish harakatlarini bajarishi mumkin. Muvozanat holati atrofidagi kichik tebranishlar taxminan garmonik ossillyatorlar tizimi orqali tavsiflanadi.

Molekula atomlardan, aniqrog‘i, ma’lum sondagi ichki elektronlar bilan o‘ralgan atom yadrolari va kimyoviy bog‘larni hosil qiluvchi tashqi valent elektronlardan tashkil topadi. Odatda atomlarning ichki elektronlari kimyoviy bog‘ hosil bo‘lishida qatnashmaydi. Modda molekulalarining tarkibi va tuzilishi uning qanday usulda olinganiga bog‘liq emas.

Atomlar molekulada kimyoviy bog‘lar orqali birikadi. Eng oddiy tushuntirishga ko‘ra, kovalent bog‘ ikki atom uchun umumiy bo‘lgan va yagona elektron bulutini hosil qiladigan bir, ikki yoki uch juft elektron orqali yuzaga keladi. Molekuladagi atomlar musbat yoki manfiy qisman yoxud formal zaryadlarga ega bo‘lishi mumkin.

Molekulaning tarkibi kimyoviy formulalar orqali ifodalanadi. Empirik formula moddadagi element atomlarining eng sodda butun sonli nisbatini ko‘rsatadi; molekulyar formulani aniqlash uchun esa qo‘shimcha ravishda molekulyar massadan foydalaniladi.

Molekulaning geometrik tuzilishi atom yadrolarining muvozanatdagi joylashuvi bilan belgilanadi. Atomlarning o‘zaro ta’sir energiyasi yadrolar orasidagi masofaga bog‘liq. Atomlar bir-biridan cheksiz uzoqlashgandagi energiya qiymati nol deb qabul qilinadi. Atomlar yaqinlashganda kimyoviy bog‘ hosil bo‘lsa, ular bir-birini kuchli tortadi (kimyoviy bog‘ bo‘lmaganda ham kuchsiz tortishish kuzatiladi). Ular yanada yaqinlashganda atom yadrolari o‘rtasida elektrostatik itarilish kuchlari ta’sir qila boshlaydi. Atomlarning haddan tashqari yaqinlashishiga ichki elektron qobiqlarining bir-biri ustiga to‘liq tushishi mumkin emasligi ham to‘sqinlik qiladi.

Molekuladagi ma’lum valent holatdagi har bir atomga kimyoviy bog‘ hosil qiluvchi atom (yoki ion) elektron qobig‘ining o‘lchamini tavsiflovchi muayyan atom yoki kovalent radiusni (ionli bog‘ holatida esa ion radiusini) mos qo‘yish mumkin. Molekulaning elektron qobig‘i o‘lchami shartli kattalikdir. Molekula elektronlarini uning atom yadrolaridan kattaroq masofada ham topish ehtimoli mavjud, garchi bu ehtimol juda kichik bo‘lsa ham. Molekulaning amaliy o‘lchamlari uning molekulalari molekulyar kristall va suyuqlikda zich joylashganda bir-biriga yaqinlasha oladigan muvozanat masofasi bilan belgilanadi. Kattaroq masofalarda molekulalar bir-birini tortadi, kichikroq masofalarda esa itaradi. Molekuladagi bog‘larning uzunligi va uning o‘lchamlarini rentgenostrukturaviy tahlil yordamida molekulyar kristallarni o‘rganish orqali aniqlash mumkin. Bu o‘lchamlarning taxminiy kattaligini gazlarning diffuziya, issiqlik o‘tkazuvchanligi va qovushoqlik koeffitsiyentlari, shuningdek, kondensatsiyalangan holatdagi moddaning zichligidan hisoblash mumkin. Bir molekulaning yoki turli molekulalarning valent bog‘ bilan bog‘lanmagan atomlari bir-biriga yaqinlasha oladigan masofa van-der-Vaals radiuslari.

Van-der-Vaals radiusi kovalent radiusdan sezilarli darajada katta. Van-der-Vaals, kovalent va ion radiuslarining qiymatlarini bilish orqali molekulalarning elektron qobiqlari shakli hamda o‘lchamlarini aks ettiruvchi ko‘rgazmali modellarni yaratish mumkin.

Molekuladagi kovalent kimyoviy bog‘lar atom orbitallarining gibridlanish holatiga bog‘liq bo‘lgan muayyan burchaklarda joylashadi. Masalan, to‘yingan organik birikmalar molekulalarida uglerod atomi hosil qilgan bog‘lar tetraedrik (to‘rt yoqli) tartibda joylashadi. Qo‘sh bog‘li (С=С) birikmalar molekulalarida uglerod atomlari atrofidagi bog‘lar bir tekislikda, uch bog‘li (С≡С) birikmalarda esa bir to‘g‘ri chiziq bo‘ylab joylashadi. Demak, ko‘p atomli molekula fazoda muayyan konfiguratsiya, ya’ni bog‘larning aniq geometrik joylashuviga ega. Molekula atomlarning joylashish simmetriyasi bilan ham tavsiflanadi. Agar molekula o‘zining ko‘zgudagi aksi bilan ustma-ust tushmasa, u bir-birining ko‘zgudagi aksi bo‘lgan ikkita konfiguratsiyada mavjud bo‘lishi mumkin. Bular ko‘zgu antipodlari, optik izomerlar yoki enantiomerlar) deb ataladi. Masalan, oqsil sintezida ishlatiladigan xiral α-aminokislotalar L-qatoriga kiradi.

Oddiy bog‘larga (sigma-bog‘larga) ega bo‘lgan ko‘plab molekulalar shu bog‘lar atrofida atom guruhlari yoki molekula qismlarining aylanishi natijasida paydo bo‘ladigan turli konformatsiyalarda mavjud bo‘lishi mumkin. Sintetik va biologik polimerlar makromolekulalari xossalarining muhim jihatlari aynan ularning konformatsion xususiyatlari bilan belgilanadi.

Molekulalar elektronlar va atom yadrolaridan tashkil topadi. Molekulada atomlar o‘rtasidagi bog‘lanish tartibini tuzilish formulasi aks ettiradi (tarkibni ifodalashda esa molekulyar formuladan foydalaniladi). Oqsillar va sun’iy sintez qilingan ayrim birikmalar molekulalari yuz minglab atomlardan iborat bo‘lishi mumkin. Polimerlarning makromolekulalari alohida o‘rganiladi.

Molekulalar molekulalar tuzilishi nazariyasi, kvant kimyosi uchun tadqiqot obyekti bo‘lib, bu sohalarda kvant fizikasi, shu jumladan, uning relyativistik bo‘limlari yutuqlaridan keng foydalaniladi. Hozirgi vaqtda kimyoning molekulyar dizayn deb ataluvchi sohasi ham rivojlanmoqda. Muayyan modda molekulalarining tuzilishini aniqlash uchun zamonaviy fanda keng usullar majmui mavjud: elektron spektroskopiyasi, tebranish spektroskopiyasi, yadroviy magnit rezonans va elektron paramagnit rezonans hamda boshqa ko‘plab usullar. Difraksion usullarga rentgenostrukturaviy tahlil, neytronlar difraksiyasi va elektronlar difraksiyasi.

Molekuladagi kimyoviy bog‘larning tabiati kvant mexanikasi yaratilguniga qadar sir bo‘lib qolgan: klassik fizika valent bog‘larining to‘yinuvchanligi va yo‘nalganligini tushuntirib bera olmas edi. Kimyoviy bog‘ nazariyasining asoslari 1927-yilda Valter Gaytler va Frits London tomonidan eng sodda H₂ molekulasi misolida yaratilgan. Keyinchalik nazariya va hisoblash usullari sezilarli darajada takomillashtirildi.

Organik birikmalarning mutlaq ko‘pchiligi molekulalaridagi kimyoviy bog‘lar kovalent hisoblanadi. Anorganik birikmalarda esa ionli va kovalent bog‘lar uchraydi. Kovalent bog‘ donor-akseptor mexanizmi orqali hosil bo‘lganda, umumiy elektron juftni atomlardan biri taqdim etadi. O‘xshash birikmalarning ko‘plab qatorlarida atomlardan molekula hosil bo‘lish energiyasi taxminan additiv bo‘ladi. Molekuladagi barcha bog‘larni uzish uchun zarur energiyani ularning o‘rtacha bog‘ energiyalari yig‘indisi orqali taxminan baholash mumkin.

Bunday additiv yaqinlashuv har doim ham bajarilavermaydi. Bunga navbatma-navbat joylashgan oddiy va ko‘p karrali bog‘lardan iborat, konjugatsiyalangan bog‘lar deb ataladigan tizimga ega yassi organik birikmalar molekulalari misol bo‘ladi. Elektronlarning p-holatlarining kuchli delokallashuvi molekulani barqarorlashtiradi. Elektronlarning p-holatlari bog‘lar bo‘ylab umumlashishi natijasida elektron zichligi bir tekisroq taqsimlanadi, bu esa oddiy bog‘larning qisqarishi va qo‘sh bog‘larning uzayishida namoyon bo‘ladi. Benzolda uglerod–uglerod bog‘lari bir xil bo‘lib, muntazam oltiburchak hosil qiladi va oddiy hamda qo‘sh bog‘larning uzunligi orasidagi oraliq qiymatga ega. Bog‘larning konjugatsiyasi molekulyar spektrlarda yaqqol namoyon bo‘ladi. Kimyoviy bog‘larning zamonaviy kvant-mexanik nazariyasi elektronlarning nafaqat p-, balki s-holatlarining delokallashuvini ham hisobga oladi; bu hodisa barcha molekulalarda kuzatiladi.

Ko‘plab molekulalarning asosiy holatida valent elektronlarning umumiy spini nolga teng. Juftlashmagan elektronlarga ega molekulalar — erkin radikallar (masalan, metil ·CH₃) — ko‘pincha yuqori reaksion faollikka ega: ular o‘zaro ta’sirlashganda kovalent bog‘lar hosil bo‘lishi hisobiga energiya sezilarli kamayishi mumkin. Shuningdek, o‘zgarish reaksiyalari qiyin kechgani tufayli uzoq vaqt saqlanadigan radikallar ham mavjud.

Moddaning elektr maydonidagi xatti-harakati molekulalarning asosiy elektr tavsiflari — doimiy dipol momenti va qutblanuvchanligi bilan belgilanadi.

Dipol momenti molekuladagi musbat va manfiy zaryadlarning «og‘irlik markazlari» ustma-ust tushmasligini (molekulaning elektr asimmetriyasini) anglatadi. Demak, simmetriya markaziga ega molekulalar, masalan, H₂, doimiy dipol momentiga ega emas.

Qutblanuvchanlik — har qanday molekula elektron qobig‘ining elektr maydoni ta’sirida deformatsiyalanish qobiliyatidir. Natijada molekulada induksiyalangan dipol momenti hosil bo‘ladi. Dipol momenti va qutblanuvchanlik qiymatlari dielektrik singdiruvchanlikni o‘lchash orqali tajribada aniqlanadi.

Moddaning optik xossalari uning yorug‘lik to‘lqinidagi o‘zgaruvchan elektr maydonidagi xatti-harakatini tavsiflaydi va modda molekulalarining qutblanuvchanligi bilan belgilanadi. Yorug‘likning sinishi va sochilishi, optik faollik hamda molekulyar optika o‘rganadigan boshqa hodisalar qutblanuvchanlik bilan bevosita bog‘liq.

Molekulalararo o‘zaro ta’sir — fazodagi elektr jihatdan neytral molekulalarning bir-biriga ta’siridir. Molekulalarning qutbliligiga qarab, bu o‘zaro ta’sirning tabiati turlicha bo‘ladi. Uning mohiyati kvant mexanikasi yaratilguniga qadar to‘liq tushunilmagan.

1. Molekulalararo o‘zaro ta’sirning orientatsion turi ikki qutbli molekula, ya’ni o‘z dipol momentiga ega molekulalar orasida yuzaga keladi. Dipol momentlarining o‘zaro ta’siri natijaviy tortishish yoki itarilish kuchini belgilaydi. Ta’sirning kuchi va ishorasi molekulalarning bir-biriga nisbatan qanday yo‘nalganiga bog‘liq.
2. Induksion turdagi o‘zaro ta’sir, xususan, qutbli va qutbsiz molekulalar o‘rtasida yuzaga keladi. Qutbli molekula qutbsiz molekulani qutblantiradi. Bunda qutblanayotgan molekulaning o‘zaro ta’sirlashuvchi qismi qutblantiruvchi molekula qismining zaryadiga qarama-qarshi zaryadga ega bo‘ladi. Natijada qutbsiz molekula qutblanadi, ya’ni uning bog‘langan elektron qobig‘i musbat zaryad markaziga nisbatan siljiydi.
3. Dispersiyaviy o‘zaro ta’sir qutbli ham, qutbsiz ham barcha molekulalar orasida yuzaga keladi. Qutbsiz molekulalarning doimiy dipol momenti nolga teng. Biroq ayrim lahzalarda molekula hajmi bo‘ylab elektronlar notekis taqsimlanishi mumkin. Natijada lahzalik dipol momenti yuzaga keladi. Lahzalik dipol qo‘shni molekulalarni qutblantiradi va ularning o‘zaro tortishishiga sabab bo‘ladi.

Kimyoviy birikmalarning aksariyat molekulalari va makromolekulalari diamagnit xususiyatga ega. Molekulalarning magnit qabul qiluvchanligi (χ) ayrim organik birikmalarda alohida bog‘larning χ qiymatlari yig‘indisi sifatida ifodalanishi mumkin.

Doimiy magnit momentiga ega molekulalar paramagnit hisoblanadi. Bularga, masalan, NO va O₂ molekulalari hamda ayrim o‘tish metallari birikmalarining juftlashmagan elektronli molekulalari kiradi. Paramagnit moddalarning magnit qabul qiluvchanligi haroratga bog‘liq, chunki issiqlik harakati magnit momentlarning magnit maydonida muayyan yo‘nalishda joylashishiga to‘sqinlik qiladi.

Molekulalarning elektr, optik, magnit va boshqa xossalari ularning turli holatlaridagi to‘lqin funksiyalari va energiyalari bilan bog‘liq. Molekulyar spektrlar molekulalarning holatlari va ular o‘rtasida o‘tish ehtimoli haqida ma’lumot beradi.

Spektrlardagi tebranish chastotalari atomlarning massasi, joylashuvi va atomlararo o‘zaro ta’sir dinamikasi bilan belgilanadi. Aylanish spektrlaridagi chastotalar molekulalarning inersiya momentlariga bog‘liq. Ularni spektroskopik ma’lumotlar yordamida aniqlash molekuladagi atomlararo masofalarning aniq qiymatlarini olish imkonini beradi. Molekulaning tebranish spektridagi chiziq va tasmalarning umumiy soni uning simmetriyasiga bog‘liq.

Molekulalardagi elektron o‘tishlar ularning elektron qobiqlari tuzilishi va kimyoviy bog‘lar holatini tavsiflaydi. Konjugatsiyalangan bog‘lar tizimi uzaygani sari yutilish tasmalari odatda uzun to‘lqinlar sohasiga siljiydi va spektrning ko‘rinadigan qismiga ham tushishi mumkin. Ko‘rinadigan sohadagi yorug‘likning yutilishi moddaga rang berishi mumkin; bu, xususan, organik bo‘yoqlarga xosdir.

Molekula tushunchasi kimyoning asosiy tushunchalaridan biridir. Molekulalarning tuzilishi va vazifalari haqidagi bilimlarning katta qismi kimyoviy tadqiqotlar orqali olingan. Kimyo molekulalar tuzilishini kimyoviy reaksiyalar asosida aniqlaydi va aksincha, molekula tuzilishiga qarab reaksiyalarning qanday kechishini bashorat qiladi.

Molekulaning tuzilishi va xossalari molekulyar fizika o‘rganadigan fizik hodisalarni belgilaydi. Fizikada molekula tushunchasi gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlarning xossalarini tushuntirish uchun ishlatiladi. Molekulalarning harakatchanligi moddaning diffuziya qilish qobiliyatini, uning qovushoqligini, issiqlik o‘tkazuvchanligini va boshqa xossalarini belgilaydi. Molekulalar mavjudligining muhim tajribaviy tasdig‘i fransuz fizigi Jan Perren tomonidan Broun harakati va suyuqlikda muallaq turgan zarrachalarning taqsimlanishi o‘rganilganda olingan. Zarrachalar taqsimotiga oid tajribalar 1908-yilda o‘tkazilgan.

Barcha tirik organizmlarning hayoti molekulalar orasidagi kimyoviy va nokimyoviy o‘zaro ta’sirlarning nozik muvozanatiga asoslangani sababli molekulalarning tuzilishi va xossalarini o‘rganish biologiya va umuman tabiiy fanlar uchun fundamental ahamiyatga ega.

Biologiya, kimyo va molekulyar fizikaning rivojlanishi molekulyar biologiyaning vujudga kelishiga olib keldi. Bu fan biologik vazifalarni bajaruvchi molekulalarning tuzilishi va xossalaridan kelib chiqib, hayotning asosiy hodisalarini o‘rganadi.

• Tatevskiy V. M. Kvant mexanikasi va molekulalar tuzilishi nazariyasi. — Moskva: Moskva davlat universiteti nashriyoti, 1965. — 162 bet.
• Beyder R. Molekulalardagi atomlar. Kvant nazariyasi. — Moskva: Mir, 2001. — 532 bet. ISBN 5-03-003363-7
• Minkin V. I., Simkin B. Ya., Minyayev R. M. Molekulalar tuzilishi nazariyasi. — Moskva: Oliy maktab, 1979. — 408 bet.
• Kuk D. Molekulyar tizimlarning kvant nazariyasi. Yagona yondashuv. Ingliz tilidan tarjima. Moskva: Intellekt, 2012. — 256 bet. ISBN 978-5-91559-096-9
• Stepanov N. F. Molekula // Kimyo ensiklopediyasi :  5 jildda. / Bosh  muharrir I. L. Knunyans. — Moskva: Rossiya katta ensiklopediyasi, 1992. — J.  3: Mis  — Polimerlar.  — B. 106—109. — 639 b. — 48 000 nusxa. — ISBN 5-85270-039-8.

• Molekula // Brokgauz va Yefron ensiklopedik lug‘ati : 86 jildda (82 jild va 4 qo‘shimcha jild). — Sankt-Peterburg, 1890—1907.
• Molekulalar (videodars, 7-sinf dasturi)
• Molecule // IUPAC Gold Book
• Molecular entity // IUPAC Gold Book
• Shryodinger E. Atomlar va molekulalar mexanikasining to‘lqin nazariyasi. UFN, 1927
• Maqola «Molekula» Fizika ensiklopediyasida
• «Molekulalar va atomlar» mavzusidagi dars