Molekylär kemi är molekylernas kemi, som täcker det mesta av kemin som helhet. Molekyler är uppbyggda av olika kombinationer av atomer, de grundläggande byggstenarna i allt runt omkring oss. Det finns 92 grundämnen som förekommer naturligt på jorden, förutom 25 konstgjorda grundämnen, som skapas i små mängder i partikelacceleratorer och kärnreaktorer. Av de 92 naturliga elementen utgör olika arrangemang av 12 99% av alla stenar och jord, medan arrangemang av 5 utgör 99.97% av atmosfären. Andra grundämnen finns i spårmängder, vanligtvis en del per miljon eller mindre.
Grunderna för molekylär kemi är baserade på egenskaper hos atomer som kallas valens. Varje atom består av små partiklar som kallas elektroner som kretsar kring en kärna gjord av partiklar som kallas protoner och neutroner. Dessa elektroner omloppsbana är ”skal” betecknade av fysikens lagar – det första skalet har en kapacitet på två elektroner, det andra har en kapacitet på 6, det tredje 10, det fjärde 14, det femte 18, det sjätte 22 och sjua 26.
Om en atom har ”för få” elektroner, så att dess yttersta elektronskal (även känt som en orbital) har mer eller färre än åtta elektroner, ”vill” den antingen bli av med elektroner eller få dem genom att binda till en annan atom. Tendensen att ”vill ha” åtta elektroner i det yttersta skalet, samma antal som finns i ädelgaser som helium (de mest stabila grundämnena), kallas oktettregeln, ett grundläggande faktum inom molekylär kemi. Dessa krafter dikteras av elektromagnetismens lagar.
För att visualisera molekylär kemi, här är ett exempel. En vanlig molekyl är salt, NaCl eller natriumklorid. Salt består av två atomer som är låsta till varandra i en atombindning. Natriums yttersta elektronskal har bara en elektron, men har en kapacitet för tio. Klorens yttersta skal har sju elektroner, men en kapacitet för tio. När de två binder ihop får de åtta elektroner i sitt kollektiva yttersta skal, vilket uppfyller oktettregeln. Oktettregeln är uppfylld i otaliga molekyler. Dessa bindningar kan enkelt representeras i bilder med hjälp av Lewis-punktdiagram.
När atomer kombineras i stabila strukturer bildar de molekyler, som också kallas föreningar. Rena föreningar eller blandningar av föreningar med enhetliga egenskaper kallas ett ämne. Föreningarna i ett ämne kan interagera med andra föreningar, vilket ger upphov till situationer som kallas kemiska reaktioner. Kemiska reaktioner pågår ständigt runt omkring oss, särskilt i våra kroppar, som är veritabla kittel av kemiska reaktioner. När vi äter mat är det för att förse vår kropp med molekyler som kan genomgå kemiska reaktioner för att frigöra energi för dess funktion.