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Modèle moléculaire

Jusqu'à ce stade de ton cours de chimie, tu as probablement appris à connaître la théorie VSEPR et la théorie des liaisons chimiques. Il est maintenant temps de se plonger dans le monde des modèles moléculaire !Ce résumé de cours est consacré aux modèles moléculaires.Tout d'abord, nous verrons les molécules, liaisons chimiques et polarité des molécules.Ensuite, nous explorons le dipôle…

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Modèle moléculaire

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Jusqu'à ce stade de ton cours de chimie, tu as probablement appris à connaître la théorie VSEPR et la théorie des liaisons chimiques. Il est maintenant temps de se plonger dans le monde des modèles moléculaire !

  • Ce résumé de cours est consacré aux modèles moléculaires.
  • Tout d'abord, nous verrons les molécules, liaisons chimiques et polarité des molécules.
  • Ensuite, nous explorons le dipôle électrique et la force de Van der Waals.
  • Enfin, nous présenterons la modélisation moléculaire avant de définir la dynamique et la structure moléculaire.

Que sont les molécules ?

Les molécules sont les plus petites portions d'une substance qui conserve ses propriétés chimiques et physiques. Chaque molécule est un système composé d'un ensemble d'atomes organisés et liés entre eux.

Ces atomes peuvent être du même élément ou d'éléments différents, auquel cas, ils sont appelés composés.

Tous les composés sont des molécules, mais toutes les molécules ne sont pas des composés. Si une molécule est composée uniquement d'oxygène, elle ne peut pas être un composé !

Types de molécules

Les molécules sont classées en fonction de leur nombre d'atomes. Il en existe trois types :

  • Molécules diatomiques ;
  • Molécules triatomiques ;
  • Molécules polyatomiques.

Liaisons chimiques

Pour comprendre la liaison chimique, il faut d'abord la définir.

Les liaisons chimiques sont des interactions entre deux ou plusieurs atomes qui conduisent à la formation de composés chimiques.

Pour obtenir une plus grande stabilité, en termes d'énergie, les atomes sont liés les uns aux autres par des forces d'attraction qui forment des liaisons. Chaque liaison représente une paire d'électrons.

Ces liaisons sont connues sous le nom de liaisons simples, doubles et triples. Les mécanismes par lesquels ces liaisons sont formées déterminent si elles sont covalentes ou ioniques.

Types de liaisons chimiques

Il existe trois types de liaisons chimiques en chimie.

  • Liaison covalente ;
  • Liaison ionique ;
  • Liaison métallique.

Consulte le résumé de cours "Liaison chimique" pour plus de détails sur les types de liaisons chimiques.

Polarité moléculaire

La différence d'électronégativité entre deux atomes affecte le type de liaison formé entre eux :

  • Si deux atomes ont une différence d'électronégativité supérieure à \( 1{,}7 \) , ils forment une liaison ionique.
  • S'ils n'ont qu'une légère différence de \( 0{,}4 \) ou moins, ils forment une liaison covalente non polaire.
  • S'ils ont une différence d'électronégativité comprise entre \( 0{,}4 \) et \( 1{,}7 \) , ils forment une liaison covalente polaire.

On peut voir cela comme une échelle mobile. Plus la différence d'électronégativité entre les deux atomes est grande, plus la liaison est ionique.

Par exemple, l'hydrogène a une électronégativité de \( 2{,}2 \) tandis que le chlore a une électronégativité de \( 3 \) . Comme nous l'avons vu plus haut, l'atome de chlore va attirer la paire d'électrons de liaison plus fortement que l'hydrogène et devenir partiellement chargé négativement. La différence entre les électronégativités des deux atomes est de \( 3{,}16-2{,}20= 0{,}96 \) .

Ce chiffre est supérieur à \( 0{,}4 \) . La liaison est donc une liaison covalente polaire.

Modèles moléculaires, Différence d'électronégativité entre l'hydrogène et le chlore, StudySmarterFig. 1- Différence d'électronégativité entre l'hydrogène et le chlore.

Une molécule polaire est un type de molécule qui présente une séparation de charge électrique, où un côté de la molécule est chargé positivement et l'autre négativement.

Par exemple, l'eau est une molécule polaire, car le côté oxygène de la molécule est chargé négativement, tandis que le côté hydrogène est chargé positivement.

Les facteurs qui contribuent à déterminer la polarité des molécules sont les formes géométriques des molécules et le type de liaison entre leurs atomes.

Un atome plus électronégatif va attirer la paire d'électrons de la liaison vers lui, devenant ainsi partiellement chargé négativement, laissant le second atome partiellement chargé positivement. On dit que cela a formé une liaison polaire et que la molécule contient un moment dipolaire.

Qu'est-ce qu'un dipôle électrique ?

Un dipôle électrique est un couple de charges opposées \( +q \) et \( -q \) séparées par une distance \( d \) . Par défaut, la direction des dipôles électriques dans l'espace va toujours de la charge négative \( -q \) à la charge positive \( +q \) .

Le point médian \( +q \) et \( -q \) est appelé centre du dipôle. L'exemple le plus simple d'un dipôle électrique est une paire de charges électriques de signes opposés et de magnitude égale séparées par une distance.

Lorsqu'une espèce possède un dipôle, elle présente une extrémité partielle positive \( ( \delta + ) \) et une extrémité partielle négative \( ( \delta - ) \) . Ces pôles agissent comme ceux d'un aimant et attirent les charges opposées tout en repoussant les charges semblables.

Forces de Van der Waals

Les forces de Van der Waals sont des forces intermoléculaires faibles qui dépendent de la distance entre les atomes ou les molécules. Ces forces résultent des interactions entre les atomes/molécules non chargés.

Les forces de Van der Waals sont essentiellement la poussée/traction causée par ces molécules polaires qui se rapprochent les unes des autres.

Types de forces de Van der Waals

Il existe trois types de forces de Van der Waals avec lesquelles tu dois te familiariser :

  • Les interactions dipôle-dipôle ;
  • Interactions dipôle induit-dipôle ;
  • Forces de dispersion de London (dipôle induit instantané).

Modèles moléculaires, Forces de Van der Waals, StudySmarterFig 2- Forces de Van der Waals.


Comme je viens de le mentionner, les forces de Van der Waals sont très importantes, et nous pouvons en voir la preuve dans notre vie quotidienne.


L'isobutane a un point d'ébullition plus bas que le butane, car l'isobutane est ramifié, alors que le butane ne l'est pas.

Les geckos et les araignées ont sur leurs pattes de petites soies semblables à des poils qu'ils utilisent pour se coller à des surfaces lisses et même pour se mettre à l'envers ! Cela est dû aux forces d'attraction de van der Waals entre ces poils et les surfaces sur lesquelles ils marchent. Les scientifiques ont essayé de reproduire ce phénomène en fabriquant du "Geckskin" qui utilise également ces forces. Bien que les tests soient toujours en cours, nous pourrions un jour avoir un véritable Spider-Man !

Autre exemple : les forces de Van der Waals sont celles qui maintiennent ensemble les "barreaux" de l'échelle de \( l'ADN \) . Sans ces forces, \( l'ADN \) n'aurait pas la stabilité nécessaire et serait enclin à se désagréger, ce qui serait un gros problème pour nous !

Qu'est-ce que la modélisation moléculaire ?

La modélisation moléculaire est une combinaison de techniques bio-informatiques et biophysiques permettant de représenter et de visualiser les formes des molécules dans l'espace et de simuler la façon dont elles se déplacent et se comportent.

Dynamique moléculaire

La dynamique moléculaire \( (DM) \) est une méthode de simulation informatique permettant d'analyser les mouvements physiques des atomes et des molécules. Les atomes et les molécules sont autorisés à interagir pendant une période de temps déterminée, ce qui donne une vue de l'évolution dynamique du système.

Les trajectoires des atomes et des molécules sont déterminées en résolvant numériquement les équations du mouvement de Newton pour un système de particules en interaction, où les forces entre les particules et leurs énergies potentielles sont souvent calculées à l'aide de potentiels interatomiques ou de champs de force de mécanique moléculaire. La méthode est principalement appliquée en chimie physique, en science des matériaux et en biophysique.

Structures moléculaires

Théoriquement, la structure moléculaire est déterminée en résolvant l'équation de la mécanique quantique pour le mouvement des électrons dans le champ des noyaux (appelée équation de Schrödinger).

Dans une structure moléculaire, les longueurs et les angles des liaisons sont ceux pour lesquels l'énergie moléculaire est la plus faible. La détermination des structures par la solution numérique de l'équation de Schrödinger est devenue un processus très développé qui nécessite l'utilisation d'ordinateurs et de superordinateurs.

Modèle moléculaire - Points clés

  • Les molécules sont les plus petites portions d'une substance qui conserve ses propriétés chimiques et physiques.
  • Les liaisons chimiques sont des interactions entre deux ou plusieurs atomes qui conduisent à la formation de composés chimiques.
  • Les facteurs qui contribuent à déterminer la polarité des molécules sont les formes géométriques des molécules et le type de liaison entre leurs atomes.
  • Un dipôle électrique est un couple de charges opposées \( +q \) et \( -q \) séparées par une distance \( d \) .
  • Les forces de Van der Waals résultent des interactions entre les atomes/molécules non chargés.
  • La modélisation et la dynamique moléculaire sont des méthodes de simulation informatique permettant d'analyser les mouvements physiques des atomes et des molécules.
  • les structures moléculaires sont déterminées en résolvant l'équation de Schrödinger.

Questions fréquemment posées en Modèle moléculaire

Le principe de la modélisation moléculaire est basé sur des simulations qui utilisent la mécanique quantique et moléculaire ou dynamique moléculaire.

Le rôle des modèles moléculaires est de simuler le comportement moléculaire dans les systèmes chimiques ou biologiques.

L'avantage d'utiliser un modèle moléculaire est : 

  • Reconstruire une structure tridimensionnelle de molécules ;
  • Simuler le comportement dynamique des molécules.

Le modèle moléculaire de l'eau est le suivant :

  • Une molécule d'eau est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène ;
  • L'eau ayant une orientation moléculaire courbée ;
  • L’angle entre les atomes d'hydrogène doit être d'environ 104,5 degrés.

Évaluation finale de Modèle moléculaire

Modèle moléculaire Quiz - Teste dein Wissen

Question

Qu'est-ce que la formule empirique ?

Montrer la réponse

Réponse

Le plus simple rapport en nombre entier des atomes de chaque élément dans une molécule.

Montrer la question

Question

C'est quoi la formule moléculaire ?

Montrer la réponse

Réponse

Le nombre réel d'atomes d'éléments dans une molécule.

Montrer la question

Question

Quelles sont les étapes pour trouver la formule empirique ?

Montrer la réponse

Réponse

  1. Calculer le nombre de moles de chaque élément ;
  2. Pour chaque élément : diviser le nombre de moles de chaque élément par le plus petit nombre de moles ;
  3. Si les nombres ne sont pas entiers, les multiplie par la même constante pour obtenir des nombres entiers.

Montrer la question

Question

Comment déterminer la formule moléculaire ?

Montrer la réponse

Réponse

La formule d'une molécule d'un composé covalent

\( MF = n \times formule \  empirique \)

(n, est un nombre entier positif non nul)

Montrer la question

Question

Définis le pourcentage de masse d'un élément 

Montrer la réponse

Réponse

C'est une façon courante d'exprimer la composition d'une molécule en termes de pourcentage de la masse de ses éléments.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que le % de masse ?

Montrer la réponse

Réponse

\( \frac{masse \  de \  l'élément \  dans \  la \  molécule}{ masse \  de \  la \  molécule} \times 100 \)

Montrer la question

Question

Donne la formule chimique du sulfure de sodium


Montrer la réponse

Réponse

\( Na_{2}S \)

Montrer la question

Question

Donne la formule chimique du chlorure de calcium

Montrer la réponse

Réponse

\( CaCl_{2} \)

Montrer la question

Question

Donne la formule chimique de l'oxyde d'aluminium.

Montrer la réponse

Réponse

\( Al_{2}O_{3} \)

Montrer la question

Question

Quelle est la formule empirique du dioxyde de carbone et que nous indique-t-elle ?

Montrer la réponse

Réponse

$$ CO_{2} $$

Pour chaque atome de carbone, il y a deux atomes d'oxygène.

Montrer la question

Question

C'est quoi la formule moléculaire ?

Montrer la réponse

Réponse

Il donne le nombre réel d'atomes de chaque élément dans une molécule.

Montrer la question

Question

Par exemple, si la formule moléculaire est \( C_2H_6 \) , quelle est la formule empirique ? 

Montrer la réponse

Réponse

$$ CH_{3} $$

Montrer la question

Question

Lesquels de ces éléments te faut-il pour trouver la formule moléculaire d'une substance ?

Montrer la réponse

Réponse

Masse relative de la formule

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Question

L'isoprène est un hydrocarbure ramifié non cyclique. Sa masse est composée de \( 88,2  \% \)  de carbone.


Trouve la formule moléculaire de l'isoprène.

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Réponse

Composition en pourcentage :

\( C= 88.2 \)

\( H=100-88.2 = 11.8 \)


Divise le pourcentage de composition par la masse atomique

\( Carbone  \frac{88.2}{12} = 7.35 \)

\( Hydrogène \frac{11.2}{1} =11.2 \)


Divise par le nombre le plus bas

\( \frac{7.35}{7.35} =1 \)

\( \frac{11.2}{7.35}= 1.61 \)

\( 1 \times 5 =5 \)

\( 1.61 \times 5= 8 \)


Formule empirique = formule moléculaire = \( C_{5}H_{8} \)


Montrer la question

Question

Un hydrocarbure a une masse de \( 83,7 \% \) de carbone et une masse atomique relative de \( 86 \) .


Trouve la formule empirique, puis la formule moléculaire.

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Réponse

\( 100 - 83.7 = 16.3 \)

\( \frac{83.7}{12} = 6.975 \)

\( \frac{16.3}{1} = 16.3 \)


\( \frac{6.975}{6.975} = 1 \)

\( \frac{16.3}{6.975} = 2.337 \)


Trouve le rapport au nombre entier le plus proche


\( 2.337 \times 3 = 7.011 \) 


Formule empirique = \( C_{3} H_{7} \)


Mr de formule empirique 


\( (C 12 \times 3) + (H 1 \times 7) = 43 \)


\( \frac{86}{43}= 2 \)



Formule moléculaire :


\( C(3 \times 2)H(7 \times 2) \)


\( C_{6} H_{14} \)



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Question

Une molécule d'eau a la formule chimique \( H_2O \) . Cela signifie que la molécule d'eau est composée de :

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Réponse

Deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène

Montrer la question

Question

La molécule d'eau est une molécule polaire. Une molécule d'eau est polaire parce que

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Réponse

L'oxygène a une plus forte attraction pour les électrons que l'hydrogène.  

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Question

Deux atomes impliqués dans une liaison ont une différence d'électronégativité de \( 0{,}2 \) . Indique le type de liaison qui se forme entre eux.

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Réponse

Covalente apolaire

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Question

Qu'est-ce qui provoque une liaison polaire ?

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Réponse

Une liaison polaire est due à des électronégativités différentes entre les deux atomes concernés. L'atome ayant l'électronégativité la plus élevée attire plus fortement la paire d'électrons de liaison et devient partiellement chargé négativement, tandis que l'autre atome devient partiellement chargé positivement.

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Question

Deux atomes impliqués dans une liaison ont une différence d'électronégativité de \( 1{,}3 \) . Indique le type de liaison qui se forme entre eux.

Montrer la réponse

Réponse

Covalente polaire

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'une liaison covalente ?

Montrer la réponse

Réponse

Une paire d'électrons partagée.

Montrer la question

Question

Que sont les forces de Van der Waals ? 

Montrer la réponse

Réponse

Il s'agit de forces très faibles, dont le rayon d'action est court et dont l'intensité diminue rapidement avec la distance.

Montrer la question

Question

Quels sont les deux types de forces de Van der Waals ?


Montrer la réponse

Réponse

Interactions dipôle-dipôle

Montrer la question

Question

La direction des dipôles électriques dans l'espace va toujours de la charge négative \( -q \)  à la charge positive \( +q \) .

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

Montrer la question

Question

Qu'est ce que la modélisation moléculaire ?

Montrer la réponse

Réponse

La modélisation moléculaire est une combinaison de techniques bioinformatiques et biophysiques permettant de représenter et de visualiser les formes des molécules dans l'espace et de simuler la façon dont elles se déplacent et se comportent.

Montrer la question

Question

Théoriquement, la structure moléculaire est déterminée en résolvant l'équation de la mécanique quantique pour le mouvement des électrons dans le champ des noyaux

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

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