Molekül

Moleküle [moleˈkyːl] (älter auch: Molekel [moˈleːkəl]; von lat. molecula, „kleine Masse“) sind im weiten Sinn zwei- oder mehratomige Teilchen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden und wenigstens so lange stabil sind, dass sie z. B. spektroskopisch beobachtet werden können. Es kann sich um neutrale Teilchen, aber auch um Radikale, Ionen oder auch ionische Addukte handeln. So sind z. B. viele Typen von interstellaren Molekülen unter irdischen Bedingungen nicht stabil. IUPAC nennt solche Teilchen molekulare Gebilde (molecular entity)[1].

Im engen Sinn und im allgemeinen Sprachgebrauch der Chemie sind Moleküle elektrisch neutrale Teilchen, die aus zwei oder mehreren Atomen aufgebaut sind.[2] Die Atome bilden einen in sich abgeschlossenen, chemisch abgesättigten Verband[3][4] und sind kovalent miteinander verknüpft. Ein so definiertes Molekül ist das kleinste Teilchen eines bestimmten Reinstoffes und hat eine bestimmbare Molekülmasse. Ein Molekül ist kein starres Gebilde, bei Energiezufuhr treten unterschiedliche Molekülschwingungen auf.

Moleküle können aus Atomen eines einzigen chemischen Elements aufgebaut sein, wie Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) (Elementmoleküle). Meist sind Moleküle jedoch Verbände von Atomen verschiedener Elemente, wie Wasser (H2O) und Methan (CH4). Die Anordnung der Atome (ihre Konstitution) in einem Molekül sind durch die chemischen Bindungen fixiert. So unterscheiden sich trotz gleicher Anzahl der beteiligten Atomen Ethanol (H3C–CH2–OH) von Dimethylether (H3C–O–CH3) und werden durch unterschiedliche chemische Formeln dargestellt. In bestimmten Fällen können Moleküle wie z. B. die Moleküle der Milchsäure Formen mit gleicher Konstitution, aber unterschiedlicher räumlicher Anordnung (der Konfiguration) vorliegen. Dass gleiche Summenformeln unterschiedliche Moleküle zulassen, wird allgemein Isomerie genannt.

Ein einzelnes Molekül hat die chemischen Eigenschaften eines Stoffes. Die physikalischen Eigenschaften, wie Siede- oder Schmelzpunkt eines molekularen Stoffes werden durch zwischenmolekulare Kräfte bestimmt und können bei Feststoffen zur Bildung von Molekülgittern führen. Große Moleküle werden Makromoleküle genannt. Aus Makromolekülen bestehen Kunststoffe wie PET und Biopolymere wie die Stärke.

Die Größe von zweiatomigen Molekülen liegt im Bereich von 10−10 m (1 Å), relativ große Moleküle aus recht vielen Atomen erreichen einen Durchmesser im Bereich von 10−9 m (10 Å), wobei Makromoleküle noch etwas größer sein können. Experimentell lässt sich die Größe von Molekülen z. B. mit dem Ölfleckversuch abschätzen.

Die Bindungsverhältnisse in Molekülen werden beispielsweise mit dem VSEPR-Modell oder der MO-Theorie erklärt und beschrieben.

Abgrenzung

Nicht alle chemischen Verbindungen bestehen aus individuellen Molekülen. Keine Moleküle liegen z. B. bei diamantartigen Stoffen, wie Borcarbid (B4C) und Siliciumcarbid (SiC) vor. Die Atome werden zwar durch kovalente Bindungen zusammengehalten, ein typisches Molekül lässt sich jedoch nicht festlegen. Die chemische Formel ist nur eine Verhältnisformel. Die Anordnung der Atome lässt sich durch eine Elementarzelle darstellen, welche sich immer wiedererholt und mit formal offenen (ungenutzten) Valenzelektronen an ihrer Oberfläche enden.

Keine Moleküle liegen bei Salzen wie Natriumchlorid (NaCl) vor, die durch ionische Bindungen zusammengehalten werden. Auch hier gibt die Formel das Verhältnis der beteiligten Atome wieder und auch hier kann der Verband der Atome prinzipiell eine beliebige Größe haben und den Bereich von einigen Millimetern erreichen. Grundelemente dieses Verbindungstyps sind Teilchen (hier Atome) mit einer Ladung. Solche Teilchen werden allgemein Ionen genannt. Das Natriumatom bildet ein Kation (Na+), Chloratom ein Anion (Cl). Im Fall von Natriumsulfat (Na2SO4) besteht das Anion SO42− aus einem Atomverband, der eine Ladung trägt. Atomverbände mit Ladungen werden im engen Sinn nicht Moleküle genannt. Dies ist auch in der organischen Chemie üblich: Essigsäure besteht aus Molekülen, das Anion der Säure wird Acetat-Ion genannt. Ein Sonderfall ist die Massenspektrometrie, bei der der Begriff Molekül-Ion verwendet wird.[5]

Im engen Sinn werden mehratomige Radikale nicht Moleküle genannt, da diese Teilchen chemisch nicht abgesättigt sind. Es ist genügend und eindeutig, sie Radikale zu nennen. Besonders in der organischen Chemie sind sie hochreaktive Zwischenprodukte in bestimmten chemischen Reaktionen. Es gibt jedoch auch stabile Radikale, wie Stickstoffmonoxid oder TEMPO. Hier führen zwischenmolekulare Kräfte zu physikalischen Eigenschaften der Verbindungen und diese Verbindungen können als molekular betrachtet werden.

Einzelnachweise

  1.  Eintrag: molecular entity. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.M03986.
  2.  Eintrag: molecule. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.M04002.
  3. Der Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik, F. A. Brockhaus, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003.
  4. Jürgen Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): CD Römpp Chemie Lexikon, Thieme, Stuttgart, 1995.
  5.  Eintrag: molecular ion. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.M03988.

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Molekül – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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Genetik
Genrepertoire von Quallen: aus alt mach neu
Quallen entstammen einer sehr alten tierischen Linie, die sich bereits vor rund 700 Millionen Jahren entwickelt hat.
11.03.2019
Genetik
Rätsel gelöst – Dresdner Biologen klären genetische Herkunft des Safran-Krokus
Seit fast 100 Jahren wird kontrovers diskutiert, was die möglichen Elternarten des Safran-Krokus sind.
08.03.2019
Genetik | Biochemie
RGEN-ISL, eine neue CRISPR/Cas9 basierte molekulare Visualisierungsmethode
Seit der Vorstellung des CRISPR/Cas9-Systems im Jahr 2012 schlägt die molekularbiologische Technologie Wellen in der Wissenschaftswelt.
07.03.2019
Zytologie
Weiteres Puzzlestück im Selbstreinigungsprozess der Zelle entdeckt
Zellen befinden sich in einem ständigen Prozess der Erneuerung und Säuberung, mithilfe dessen sie zellulären Müll entsorgen.
05.03.2019
Anthropologie | Biochemie | Meeresbiologie
Quallen: Eine Delikatesse!
Quallen gelten in der asiatischen Küche schon seit Jahrhunderten als Delikatesse.
04.03.2019
Paläontologie | Evolution
Auftreten der ersten Tiere wahrscheinlich später als bisher vermutet
Wann genau die ersten Tiere die Erde besiedelten, war lange unsicher.
20.02.2019
Zytologie | Biochemie
„Salzprinz“ CC1 hat wichtige Funktion in Pflanzen, auch für die Alzheimer Forschung interessant?
Wie das kürzlich entdeckte Protein CC1 aufgebaut ist und welche Eigenschaften es hat, beschreibt ein internationales Team um Wissenschaftler Arndt Wallmann vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und Christopher Kesten von der ETH Zürich in einer aktuellen Studie im Fachmagazin Nature Communications.
01.02.2019
Mikrobiologie | Biochemie
Ungewöhnlicher Zucker aus Cyanobakterien wirkt als natürliches Herbizid
Chemiker und Mikrobiologen der Universität Tübingen entdecken Zuckermolekül, das Pflanzen und Mikroorganismen hemmt und für menschliche Zellen ungefährlich ist ‒ Eine Alternative für das umstrittene Glyphosat?
30.01.2019
Physiologie | Neurobiologie
Fettleibigkeit durch Identitätskrise bei Sättigungsnerven
Krankhafte Fettleibigkeit – das zeigt die Forschung der letzten zehn Jahre – entsteht vor allem im Gehirn.
17.01.2019
Zytologie | Biochemie
Auch künstlich erzeugte Zellen können miteinander kommunizieren: Modelle des Lebens
Friedrich Simmel und Aurore Dupin, Forschende an der Technischen Universität München (TUM), ist es erstmals gelungen, künstliche Zellverbände zu erzeugen, die miteinander kommunizieren können.
28.11.2018
Physiologie | Biochemie | Vogelkunde
Kohlmeisen entgiften auf Kosten der Lebensdauer
Manchmal stehen Fortpflanzung und Überleben im Widerspruch zueinander.
20.11.2018
Zytologie | Biochemie
Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen
Max-Planck-Forscher entdecken die Nanostruktur von molekularen Zügen und den Grund für reibungslosen Transport in den Antennen der Zelle.
16.11.2018
Zytologie | Biochemie
Kanäle für die Energieversorgung
Freiburger Wissenschaftler klären Mechanismus zum Transport von wasserunlöslichen Eiweißmolekülen in Mitochondrien.
14.11.2018
Anthropologie | Botanik
Warum Einkorn besser für Menschen mit Weizenunverträglichkeit sein könnte
Moderne, aber auch ursprüngliche Weizenarten wie Einkorn, Emmer und Dinkel enthalten natürlicherweise eine Gruppe von Eiweißmolekülen, die im Verdacht steht, Symptome einer Weizenunverträglichkeit auszulösen.
07.11.2018
Immunologie | Biochemie
Baustein des „Glückshormons“ aktiviert Immunzellen
Wissenschaftler des IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften - zeigen zusammen mit dem Boston Children's Hospital in Harvard einen völlig neuartigen Weg zur Bekämpfung von Autoimmunkrankheiten und Krebs.
05.11.2018
Zytologie | Genetik
Mit Lichtimpulsen Herzzellen abschalten
Neu entwickelte Moleküle ermöglichen es erstmals, Zellen mittels Licht präzise abzuschalten / Forscher des Universitäts-Herzzentrums Freiburg · Bad Krozingen haben dies bei Herzzellen erreicht / Open-Access-Publikation in Nature Communications.
05.11.2018
Genetik | Biochemie
Neuer pflanzlicher Transkriptionsregulator steuert komplexe Entwicklungsvorgänge
Die Pflanzenentwicklung wird durch komplexe regulatorische Wechselwirkungen gesteuert.
01.11.2018
Biochemie
Ein atomarer Blick auf die Arbeit molekularer Maschinen
Wissenschaftler aus der Abteilung Dynamik in Atomarer Auflösung des MPSD am Center for Free-Electron Laser Science, dem Centre for Ultrafast Imaging (alle in Hamburg), der University of Toronto in Kanada und der ETH Zürich in der Schweiz haben eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten.
26.10.2018
Zytologie | Biochemie | Fischkunde
Wie Fische in Salzwasser überleben: Forscher untersuchen Wechselwirkung von Molekülen
Für Seetiere ist es wichtig, dass der Druck in ihren Zellen – der sogenannte osmotische Druck – dem äußeren Wasserdruck entgegenwirkt, damit sie in Salzwasser überleben können.
24.10.2018
Anthropologie | Botanik | Biochemie
Ein Moos könnte Hanf in der Medizin schlagen
Berner Forschende haben in Zusammenarbeit mit Kollegen von der ETH Zürich erstmals eine THC-ähnliche Substanz aus Lebermoos molekular und pharmakologisch untersucht.
03.10.2018
Zytologie | Neurobiologie
Wie überleben Nervenzellen - Forschungsteam versucht den Zelltod zu stoppen
Eine interdisziplinäre und internationale Forschergruppe um Dr.
27.09.2018
Physiologie | Amphibien- und Reptilienkunde
Nachwachsende Gliedmaßen von Salamandern: Verbindung zu Säugetieren
Welche Zellen es Salamandern ermöglichen, dass ihnen verloren gegangene Gliedmaßen wieder nachwachsen, wurde in Wissenschaftskreisen seit langem debattiert.
20.09.2018
Paläontologie | Biochemie
558 Mio. Jahre alte Fossilien anhand der Lipidmoleküle als älteste bekannte Tiere identifiziert
Ein internationales Wissenschaftlerteam untersuchte Lipidmoleküle in 558 Millionen Jahre alten Fossilienfunden der Gattung Dickinsonia.
13.09.2018
Botanik | Genetik
Pflanzenforschung: Neuer Mechanismus bei der Genregulation gefunden
Ein Team von Wissenschaftlern um den Oldenburger Pflanzengenetiker Prof.
07.09.2018
Botanik | Mikrobiologie | Biochemie
Neuer Eisentransporter bei Getreide-assoziierten Bakterien entdeckt
Ein Jenaer Forscherteam hat ein neues Siderophor („Eisenträger“) entdeckt.
29.08.2018
Genetik
Präzise Genreparatur mit hoher Effizienz
Mit der molekulargenetischen Methode CRISPR/Cas können Brüche im Doppelstrang der DNA und damit zufällige Mutationen in jedem Zielgen herbeigeführt werden.
28.08.2018
Mykologie | Biochemie
Blattmoleküle als Marker für Mykorrhiza-Pilze
Die meisten höheren Pflanzen leben in der Natur in einer Lebensgemeinschaft mit Wurzelpilzen, die als Mykorrhiza bezeichnet werden.
10.08.2018
Zytologie | Biochemie
Der „TRiC” bei der Aktinfaltung
Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein.
02.08.2018
Anthropologie | Neurobiologie
Wie faltet sich das menschliche Gehirn
Dresdner Forscher finden molekularen Mechanismus der menschlichen Hirnfaltung.
02.08.2018
Zoologie | Genetik
Back-to-back: Aktuelle Studien zur Langlebigkeit von Nacktmullen
Nacktmulle können um ein Vielfaches älter als andere Nagetiere wie Maus, Ratte und Meerschweinchen werden.
01.08.2018
Zytologie
Wie Moleküle den Embryo vermessen
Früh in ihrer Entwicklung können Embryonen den Verlust von Gewebe noch unbeschadet verkraften: Entfernt man einen Teil ihrer Zellen, entwickeln sie sich zu zunächst kleineren, aber kompletten und lebensfähigen Organismen.
30.07.2018
Botanik | Biochemie
Scharfstoff aus Ingwer mindert üblen Atem
Der im Ingwer enthaltene Scharfstoff 6-Gingerol stimuliert ein Speichelenzym, das übelriechende Substanzen abbaut.
19.07.2018
Genetik | Ökologie | Primatologie
Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum
Forscher untersuchen die molekularen Folgen, die die Ränder von Lebensräumen für Tierpopulationen haben können.
19.07.2018
Anthropologie | Biochemie
Warum starke Schmerzmittel ihre Wirkung verlieren
Ein internationales Wissenschaftlerteam aus Jena, Sydney, Melbourne und Marburg hat weitere molekulare Details der Toleranzentwicklung gegen Opiate aufklären können.
05.07.2018
Zytologie | Biochemie
Forschungsteam rekonstruiert Antriebs-Proteine in Zilien: Unterwegs auf dem molekularen Highway
Kaum jemand kennt sie, und doch brauchen alle Lebewesen sie zum Überleben: Zilien, Ausstülpungen von Zellen.
28.06.2018
Evolution
Die Evolution des Hodens - Molekulare Rudimente lösen Rätsel um Hodenposition bei Säugetieren
Wale ohne Beine, Menschenaffen ohne lange Schwänze – im Laufe der Evolution kommt es immer wieder zum Verlust von anatomischen Merkmalen.
11.06.2018
Biochemie
TU Graz-Forschende setzen Meilenstein in der Biokatalyse-Forschung
TU Graz-Forschenden gelang es erstmals ein Enzym so „umzuschulen“, dass es statt seiner natürlichen Aufgabe Doppelbindungen zu reduzieren, nun ringförmige Molekülgerüste aufbaut.
06.06.2018
Mikrobiologie
Lebende Cyanobakterien-Elektrode stellt effizient Strom her
Eine mit lebenden Cyanobakterien beschichtete Elektrode eignet sich, um lichtgetrieben und effizient Strom zu produzieren.
28.05.2018
Zytologie | Neurobiologie
Neue Einblicke in die innere Uhr der Taufliege / Zur Synchronisierung des Tag-Nacht-Rhythmus
Forscher um den Biologen Prof.
23.05.2018
Evolution | Biochemie
Ein einfacher Mechanismus könnte entscheidend für die Entstehung von Leben gewesen sein
Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist eine der ältesten unbeantworteten wissenschaftlichen Fragen.
16.05.2018
Botanik | Biochemie | Parasitologie
Begründerin lebenslanger Beziehungen ist ein schlauer Parasit - Misteln leben energiesparend
Um die Mistel ranken sich zahlreiche Mythen.
09.05.2018
Ökologie | Vogelkunde
Königspinguine bilden glasartige Brutkolonien
Brutpaare von Königspinguinen verhalten sich wie Moleküle eines erstarrten Glases.
07.05.2018
Mikrobiologie
Wenn Bakterien Häuser bauen
Biofilme sind schleimartige Schichten an Grenzflächen, in denen Mikroorganismen hausen und widrigen Umweltbedingungen trotzen.
27.03.2018
Mikrobiologie | Evolution | Biochemie
Mikrobielles Leben vor 3,5 Milliarden Jahren nachgewiesen
Die Suche nach den ältesten Lebensspuren auf der Erde ist eine der größten Herausforderungen aktueller geobiologischer Forschung.
13.12.2015
Genetik | Taxonomie
Forscher der Universität Hamburg klären Herkunft der Bänderschnecken-Arten
Zu der Gattung der Bänderschnecken (Cepaea) wurden bisher vier Arten gerechnet.
13.02.2015
Physiologie | Genetik | Biochemie
Ein Unterschied von Wolf und Hund - Haustiere zeigen rätselhafte Vielfalt
Wissenschaftler haben die molekularen Mechanismen untersucht, welche zur Entstehung einer enormen Vielfalt von Haustierrassen führen.
07.02.2015
Genetik | Evolution | Biochemie
Entstehung des Lebens - Am Anfang war der heiße Stein
Wasserdurchspülte Poren in heißem Gestein könnten der Brutkasten allen Lebens auf der Erde gewesen sein: Temperaturunterschiede innerhalb der Poren erzeugen geeignete Bedingungen für die Entstehung und Vervielfältigung genetischer Moleküle.

Die News der letzten Tage

29.09.2022
Physiologie | Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Algen als mikroskopische Bioraffinerien
Fossile Rohstoffe sind begrenzt und nicht überall auf der Welt vorhanden oder dem Abbau zugänglich.
29.09.2022
Mikrobiologie | Physiologie
Neue Bakterienart im Darm entdeckt
Ob Pflanze, Tier oder Mensch, lebende Organismen sind von einer Vielzahl an Bakterien besiedelt.
28.09.2022
Genetik | Paläontologie | Evolution | Säugetierkunde
Genom-Zusammensetzung des frühesten gemeinsamen Vorfahren aller Säugetiere rekonstruiert
Das rekonstruierte Vorfahren-Genom kann zum Verständnis der Evolution der Säugetiere und zum Erhalt der heutigen Wildtiere beitragen.
27.09.2022
Genetik | Immunologie | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Thema Ernährungssicherheit: Struktur von Weizen-Immunprotein entschlüsselt
Ein internationales Forschungsteam hat entschlüsselt, wie Weizen sich vor einem tödlichen Krankheitserreger schützt.
26.09.2022
Ethologie
Neues von den gruppenlebenden Tieren: Hilfsbereitschaft und Familienbande
Die Bereitschaft, Artgenossen zu helfen, unterscheidet sich von Tierart zu Tierart – und auch zwischen Männchen und Weibchen.
26.09.2022
Anthropologie | Paläontologie | Klimawandel
Evolution des Menschen: Klimaschwankungen in Ostafrika ein Motor
Interdisziplinäre Forschung in Südäthiopien zeigt, wie Schlüsselphasen des Klimawandels die menschliche Evolution beinflusste.
26.09.2022
Ökologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Schritthalten mit dem Klimawandel?
Die für die Nahrungsnetze der Ozeane wichtigen Copepoden können sich genetisch an wärmere und saurere Meere anpassen.
26.09.2022
Anthropologie | Mikrobiologie | Physiologie
Mehr als nur Bauchgefühl
Die Strömungsgeschwindigkeit in unserem Verdauungssystem bestimmt unmittelbar, wie gut die Nährstoffe vom Darm aufgenommen werden und wie viele Bakterien darin leben.
26.09.2022
Biodiversität | Insektenkunde | Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Mehrjährige Blühstreifen in Kombination mit Hecken: das gefällt unseren Wildbienen
Landwirtinnen und Landwirte sollten ein Netzwerk aus mehrjährigen Blühstreifen in Kombination mit Hecken schaffen, um Wildbienen ein kontinuierliches Blütenangebot zu bieten.