Molekyylikemia on molekyylien kemia, joka kattaa suurimman osan kemiasta kokonaisuudessaan. Molekyylit koostuvat erilaisista atomien yhdistelmistä, jotka ovat kaiken ympärillämme. Maassa on 92 luonnossa esiintyvää elementtiä, lisäksi 25 keinotekoista elementtiä, joita syntyy pieninä määrinä hiukkaskiihdyttimissä ja ydinreaktoreissa. 92 luonnollisesta elementistä 12 erilaista järjestelyä muodostaa 99% kaikista kivistä ja maaperästä, kun taas 5 -kokoonpanot muodostavat 99.97% ilmakehästä. Muita alkuaineita esiintyy pieninä määrinä, yleensä yksi miljoonasosa tai vähemmän.
Molekyylikemian perusteet perustuvat atomien ominaisuuksiin, joita kutsutaan valenssiksi. Jokainen atomi koostuu pienistä hiukkasista, joita kutsutaan elektroneiksi, jotka kiertävät ydintä, joka koostuu protoneiksi ja neutroneiksi kutsutuista hiukkasista. Nämä elektroniradat ovat fysiikan lakien mukaisia ”kuoria” – ensimmäisen kuoren kapasiteetti on kaksi elektronia, toisen kapasiteetti on 6, kolmannen 10, neljännen 14, viidennen 18, kuudennen 22 ja seitsemäs 26.
Jos atomilla on “liian vähän” elektroneja, niin että sen uloimmassa elektronikuorissa (tunnetaan myös orbitaalina) on enemmän tai vähemmän kuin kahdeksan elektronia, se “haluaa” joko päästä eroon elektroneista tai saada ne sitoutumalla toiseen atomiin. Taipumusta “haluta” kahdeksan elektronia uloimpaan kuoreen, sama määrä kuin jalokaasuissa, kuten heliumissa (vakaimmat alkuaineet), kutsutaan oktettisääntönä, joka on molekyylikemian peruselementti. Nämä voimat sanelevat sähkömagnetismin lait.
Tässä on esimerkki molekyylikemian visualisoimiseksi. Yleinen molekyyli on suola, NaCl tai natriumkloridi. Suola koostuu kahdesta atomista, jotka on lukittu toisiinsa atomisidoksessa. Natriumin uloimmassa elektronikuorissa on vain yksi elektroni, mutta sen kapasiteetti on kymmenen. Kloorin uloimmassa kuorissa on seitsemän elektronia, mutta kapasiteetti on kymmenen. Kun nämä kaksi sitoutuvat yhteen, he saavat kahdeksan elektronia kollektiiviseen uloimpaan kuoreensa, mikä täyttää oktettisäännön. Oktetin sääntö täyttyy lukemattomissa molekyyleissä. Nämä sidokset voidaan helposti esittää kuvissa käyttämällä Lewisin pistekaavioita.
Kun atomit yhdistyvät yhteen vakaina rakenteina, ne muodostavat molekyylejä, joita kutsutaan myös yhdisteiksi. Puhtaita yhdisteitä tai yhdisteiden seoksia, joilla on yhtenäiset ominaisuudet, kutsutaan aineeksi. Aineen yhdisteet voivat olla vuorovaikutuksessa muiden yhdisteiden kanssa aiheuttaen tilanteita, joita kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi. Kemialliset reaktiot ovat jatkuvasti käynnissä ympärillämme, erityisesti kehossamme, jotka ovat todellisia kemiallisten reaktioiden patoja. Kun syömme ruokaa, sen on tarjottava kehollemme molekyylejä, jotka voivat käydä läpi kemiallisia reaktioita ja vapauttaa energiaa sen toimintaan.