Un être vivant est composé de \( 70 \% \) de molécules d'eau. Cela signifie qu'il y a environ \( 30 \% \) de molécules différentes des sucres, des graisses, des protéines et de l'ADN.
Ces molécules sont appelées molécules organiques, car elles constituent nos organes.
As-tu déjà abordé les concepts suivants, molécule organique et molécule inorganique ?
Dans ce résumé de cours, nous allons les expliquer afin de mieux comprendre la notion de la molécule organique.
- Ce résumé de cours porte sur la molécule organique en chimie organique.
- Tout d'abord, nous allons définir les molécules organiques et reconnaître les types des molécules organiques.
- Nous examinerons les hydrocarbures et les atomes de carbone et d'hydrogène.
- Ensuite, nous présenterons la structure moléculaire du composé organique.
- Nous couvrirons ensuite l'arrangement électronique des éléments impliqués dans les molécules organiques.
- Nous verrons ce que sont les structures de Lewis et comment les dessiner.
- Nous aborderons les molécules inorganiques en chimie minérale.
- Enfin, nous terminerons par la différence entre la molécule organique et la molécule inorganique.
Qu'est-ce qu'une molécule organique ?
Les molécules organiques sont simplement un ensemble de produits chimiques contenant l'élément carbone, ainsi que de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote et parfois d'autres éléments. Le méthane, les acides aminés et les hydrocarbures sont des exemples de molécules organiques, bien qu'ils soient généralement associés à la vie sur Terre. Les molécules organiques peuvent également être créées par des processus non biologiques, mais lorsque nous les trouvons dans le système solaire, cela reste assez intéressant.
Les molécules organiques sont essentiellement les éléments constitutifs de la vie. Ainsi, lorsque nous les découvrons au-delà de la Terre, cela suggère que les ingrédients de la vie sont présents.
Une molécule organique est une molécule qui comporte des atomes de carbone (formant la chaîne carbonée) et d'hydrogène et éventuellement des atomes d'oxygène, de chlore, d'azote et plus rarement des atomes de phosphore et de soufre.
Il faut noter que le fait de contenir du carbone n'est pas suffisant pour qu'une molécule soit considérée comme organique, car certaines molécules inorganiques contiennent du carbone, mais ne présentent pas de liaisons entre \( C \) et \( H \) .
Types de molécule organique
Les molécules organiques sont basées sur le carbone. Le carbone est donc l'élément constitutif des molécules organiques et il existe trois types de molécules organiques :
- les glucides : les fruits sont riches en glucides.
- Les lipides : la membrane cellulaire est une bicouche phospholipidique constituée d'une double couche de lipides.
- Les protéines : Les œufs sont riches en protéines, une catégorie de molécules organiques, puis en acides nucléiques comme l'ADN.
Une molécule organique qui ne contient que des atomes de carbone et d'hydrogène est considérée comme un hydrocarbure.
Hydrocarbure : Élément chimique
Les hydrocarbures constituent une classe importante de composés organiques. Ils sont constitués uniquement de carbone et d'hydrogène et sont représentés par la formule générale \( C_xH_y \) .
Les hydrocarbures sont des molécules composées uniquement d'atomes d'hydrogène \( H \) et de carbone \( C \) .
Selon le type d'hybridation des atomes de carbone, les hydrocarbures sont classés en deux groupes hydrocarbures saturés et hydrocarbures insaturés.
Atome de carbone
L’atome de carbone est unique. Si tu regardes le tableau périodique, tu verras le numéro atomique six. Le numéro six signifie qu'il présente \( 6 \) protons et \( 6 \) électrons. Les électrons sont en orbite dans ces niveaux.
Fig.1- Les couches électroniques du carbone
Ces niveaux d'électrons et tu sais peut-être que le premier niveau d'électrons peut porter deux électrons. Après cela, il est considéré comme rempli et stable.
Ce qui signifie que les quatre électrons restants du carbone doivent être dans le deuxième niveau d'électrons. Donc, remarque comment le premier niveau d'électrons est rempli complètement avec deux électrons. Nous l'appelons stable.
Mais le deuxième niveau d'électrons n'est pas rempli, il est instable. Il ne présente que quatre électrons. Mais pour rendre le deuxième niveau d'électrons stable, huit électrons sont nécessaires !
C'est pourquoi le carbone est unique. Il va se lier quatre fois et ce faisant, il crée ces molécules organiques complexes plutôt grandes, donc le carbone va en fait trouver un moyen d'obtenir un cinquième, un sixième, un septième et un huitième électron à partir d'autres atomes afin de devenir stable.
C'est ce qui explique pourquoi il y a un si grand nombre de molécules organiques.
Atome d’hydrogène
L’hydrogène est le plus petit et le plus simple de tous les éléments. Il ne contient qu'un seul proton dans son noyau et, lorsqu'il est neutre, il ne possède qu'un seul électron. Dans son état fondamental, sa configuration électronique est \( 1s^1 \) , ce qui signifie que son électron seul réside dans l'orbitale \( 1s \) , qui est une orbitale sphérique.
L’hydrogène neutre, avec un degré d'oxydation de zéro, est capable de créer une liaison covalente simple, qui implique le chevauchement de l'orbitale \( 1s \) avec une autre orbitale pour produire une liaison \( \sigma \) , qui peut se produire dans n'importe quelle direction.
Structure moléculaire
Nous allons aborder ici certaines caractéristiques récurrentes dans les structures des molécules organiques.
Le plus souvent, les caractéristiques les plus récurrentes dans les molécules organiques sont les groupes fonctionnels. Nous allons essayer de présenter quelques groupes fonctionnels et de voir de quelle façon leur structure influence la forme des molécules organiques.
Les types les plus courants de groupes fonctionnels organiques que tu rencontreras sont les alcools et les groupes carbonyles. Ces groupes reposent sur l'incorporation d'oxygène dans les molécules organiques.
N'oublie pas que les molécules organiques présentent un squelette de carbone.
Les alcools sont un groupe de composés qui présentent un groupe hydroxyle \( -OH \) à l'extrémité de la chaîne organique. Ils présentent un suffixe -ol à la fin du nom UICPA de la plus longue chaîne du composé organique.
D'autre part, les groupes fonctionnels carbonyle se trouvent dans les acides carboxyliques, les aldéhydes et cétones. Les acides carboxyliques présentent une double liaison entre le carbone et l'oxygène et un groupe hydroxyle à l'extrémité de la chaîne carbonée \( -COOH \) . Cela les distingue des aldéhydes, qui ne présentent qu'une double liaison carbone-oxygène à l'extrémité de la chaîne carbonée et des cétones, qui présentent une double liaison carbone-oxygène au milieu de la chaîne carbonée.
D'autres groupes fonctionnels qui incluent l'oxygène sont les esters et les éthers.
- Les éthers sont définis par un atome d'oxygène au milieu de la chaîne carbonée.
- Les esters sont définis par un atome d'oxygène dans la chaîne carbonée et un oxygène à double liaison sur le carbone adjacent après l'oxygène.
Tu peux imaginer que les esters sont la combinaison d'un éther et d'une cétone.
En outre, il existe des groupes fonctionnels structurels. Ils sont liés à la structure du squelette carboné et comprennent les alcanes, les alcènes et les alcynes. Les alcanes sont les plus simples, car ils sont constitués d'un squelette présentant uniquement des liaisons simples entre les atomes de carbone. Les alcènes présentent au moins une double liaison entre les atomes de carbone, tandis que les alcynes présentent une triple liaison dans leur structure.
D'autres groupes fonctionnels qui peuvent servir de caractéristiques aux molécules organiques comprennent l'incorporation d'autres éléments, tels que le soufre pour créer des thiols, ou l'azote pour créer des amines et des amides.
Pour plus d'informations sur les groupes fonctionnels, notamment en ce qui concerne leurs structures, veuille consulter notre résumé de cours sur les groupes fonctionnels !
Composé organique
La structure des molécules organiques repose sur la composition globale de la molécule, qui comprend la mise en commun de tous les différents modèles de la structure. Cela inclut la structure électronique, les structures électroniques du point de Lewis et la structure squelettique pour comprendre la forme que peuvent prendre les molécules organiques.
Ci-dessous, nous allons essayer d'examiner chacune de ces façons d'étudier la structure des molécules et des composés organiques afin d'élucider leur forme.
Structure électronique des molécules organiques
La structure électronique des molécules organiques correspond à la disposition des électrons à l'intérieur des atomes. La configuration électronique des atomes déterminera le nombre d'électrons de valence présents, ce qui sera très crucial pour la détermination de la structure, notamment par le biais des structures et des liaisons de Lewis.
L'arrangement électronique des molécules organiques est plutôt simple, car la chimie organique repose sur des éléments présents au début du tableau périodique. Il s'agit notamment d'éléments qui vont jusqu'au numéro atomique \( 22 \) . La disposition des électrons entre les couches de ces atomes est très structurée et périodique, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'aberration dans la tendance générale de remplissage des couches d'électrons.
Les règles clés de l'arrangement électronique des éléments impliqués dans les molécules organiques sont les suivantes :
Un maximum de 2 électrons dans la première couche
8 électrons au maximum dans la deuxième couche
8 électrons au maximum dans la troisième couche.
En utilisant ces règles, tu peux déterminer l'arrangement électronique des éléments impliqués dans les molécules organiques en connaissant le numéro atomique.
Le numéro atomique détermine le nombre de protons dans le noyau de l'élément, qui est indicatif du nombre d'électrons dans la forme non ionique de l'élément.
Après avoir déterminé l'arrangement électronique, tu connaîtras le nombre d'électrons de valence.
Les électrons de valence sont les électrons de la couche la plus externe de l'atome.
Tu peux aussi trouver les électrons de valence d'un atome par son numéro de groupe.
Avec ces informations, tu peux créer des diagrammes électroniques pour les éléments impliqués dans les molécules organiques. Plus important encore, tu peux assembler différentes structures électroniques pour former des structures de Lewis et déterminer la forme des molécules organiques.
Molécules inorganiques : Chimie minérale
Le terme "inorganique" signifie non organique. Une molécule inorganique est une molécule minérale.
Une molécule inorganique est une molécule qui ne présente pas de liaisons entre \( C \) et \( H \) .
La chimie organique est remplie de molécules comme les alcènes, les alcools et les amines. Mais en chimie minérale, tu trouveras bien plus souvent des sels, des oxydes et des métalloïdes :
- Un sel est un composé ionique formé lorsqu'un ion positif se lie à un ion négatif par attraction électrostatique. Tu as peut-être déjà présenté les sels en chimie physique, dans la section sur les liaisons ioniques.
- Un minéral est un solide inorganique naturel ayant une composition chimique définie et une structure cristalline. Cela signifie qu'il contient un arrangement régulier et répétitif d'atomes.
- Les oxydes sont des composés contenant au moins un ion oxygène avec un degré d'oxydation de \( 2+ \) .
- Les nitrates sont des composés contenant l'ion \( NO_3^- \) .
- Les sulfates sont des composés contenant l'ion \( SO_4^{2-} \) .
- Les composés organométalliques jettent un pont entre la chimie organique et la chimie minérale. Ce sont des composés contenant au moins une liaison entre un atome de carbone dans un composé organique et un métal ou un métalloïde.
Molécules inorganiques : cas particuliers
Même si les composés carbonés sont généralement considérés comme des molécules organiques, il existe quelques exceptions importantes qui relèvent de la chimie inorganique. Ces composés carbonés sont considérés comme des molécules inorganiques, soit parce qu'ils sont structurellement similaires aux autres composés inorganiques, soit parce qu'ils ne sont pas basés sur des substances produites par la force vitale. Voici les principaux composés carbonés inorganiques :
- Le carbone pur tel que le diamant, graphite et fullerène ;
- Les composés non hydrogénés du carbone avec les chalcogènes (6ᵉ groupe principal) . Par ex. Le dioxyde de carbone \( CO_2 \) ou le monoxyde de carbone \( CO \) ;
- L'acide carbonique \( H_2CO_3 \) et ses sels, les carbonates \( CO_3^{2-} \)
- Les carbures. par ex. le carbure de tungstène \( WC \) , utilisé dans les mines de stylos à bille;
- Les cyanures ioniques \( CN^- \) , les cyanates et les thiocyanates
- L'acide cyanhydrique \( HCN \) est un cas limite entre la chimie inorganique et la chimie organique.
- Les composés organométalliques contiennent des atomes de métal et, en même temps, des composés hydrocarbonés.
Différence entre molécule organique et molécule inorganique
Les molécules organiques contiennent du carbone alors que la plupart des molécules inorganiques n'en contiennent pas.
Les molécules organiques sont constituées de plusieurs atomes de carbone liés entre eux pour former le squelette carboné de la molécule. Mais certaines molécules organiques ne contiennent qu'un seul atome de carbone. De plus, presque toutes les molécules organiques contiennent des liaisons entre \( C \) et \( H \) .
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