Molécule

Qu'est-ce-qu'une molécule ?

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

Voici quelques exemples de molécules intéressantes classées en fonction du nombre d'atomes qui les composent.

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

Molécules diatomiques

Ce sont des molécules composées de seulement deux atomes. Dans la nature, il n'existe que 7 molécules diatomiques formées par le même élément.

Voici donc nos sept éléments diatomiques : Hydrogène \( H_2 \) , Azote \( N_2 \) , Oxygène \( O_2 \) , Fluor \( F_2 \) , Chlore \( Cl_2 \) , Iode \( I_2 \) et Brome \( Br_2 \) .

Molécules triatomiques

Ce sont des molécules composées de trois atomes d'éléments identiques ou différents. Les molécules triatomiques vitales comprennent l'eau, la substance la plus abondante chez les êtres vivants, le dioxyde de carbone, un composant essentiel du processus de photosynthèse, et l'ozone \( O_3 \) , qui protège la lithosphère des rayons UV émis par le soleil.

Molécules polyatomiques

Bien que l'on puisse parler de molécules tétra-atomiques, penta-atomiques, etc., les molécules composées de plusieurs atomes sont généralement appelées molécules polyatomiques. Les molécules polyatomiques peuvent être aussi petites que l'ammoniac, avec quatre atomes, et le méthane, avec cinq atomes, ou aussi grandes que les protéines et l'ADN, dont les atomes peuvent se compter par milliers ou millions. Ce ne sont là que quelques exemples de molécules polyatomiques.

Nous venons de voir de nombreux exemples de molécules et tu te demandes probablement ce que représentent ces lignes entre les atomes, ce qui maintient les atomes d'une molécule ensemble ? Tu le découvriras ci-dessous.

Liaisons 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.

Comme tu l'auras constaté dans les exemples de molécules vus précédemment. Les atomes établissent une, deux ou même trois liaisons entre eux.

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.

Liaison covalente

Les électrons qui orbitent dans la couche la plus externe, la partie la plus extérieure de la couche, sont appelés électrons de valence. Les liaisons covalentes sont formées entre deux atomes d'éléments non métalliques par le chevauchement de certains de leurs électrons de la couche externe.

• Une liaison covalente non polaire est une liaison dans laquelle la paire d'électrons est partagée de manière égale entre les deux atomes liés.
• Une liaison covalente polaire est une liaison dans laquelle la paire d'électrons est partagée de manière inégale entre les deux atomes liés, de sorte que l'un des atomes acquiert une charge partielle positive et l'autre une charge partielle négative.

Liaison ionique

Ce type de liaison se forme spécifiquement entre un ion métallique chargé positivement et un ion non métallique chargé négativement, en raison du transfert d'électrons du métal vers le non-métal.

Représentation des molécules

Nous représentons un composé moléculaire par sa formule chimique où les atomes constituant la molécule sont indiqués par leurs symboles chimiques et leur nombre est précisé en indice de chaque symbole.

Chaque molécule est représentée par une formule appelée formule chimique. La formule chimique indique la nature et le nombre des atomes présents dans la molécule.

Formule chimique

Bien que les molécules soient plus grandes que les atomes, leur taille est encore si microscopique que nous ne pouvons pas les observer directement. C'est pourquoi, afin d'étudier des aspects tels que le comportement, la structure ou la fonction des molécules, les scientifiques et les chercheurs les représentent par des formules chimiques.

Il existe plusieurs types de formules chimiques. Toutes les molécules ne peuvent pas être représentées de toutes ces manières, et parfois la représentation des molécules selon certains types de formules est la même.

• La formule empirique indique le rapport le plus simple entre les nombres entiers d'atomes de chaque élément présent dans un composé ou une molécule.
• La formule moléculaire ou condensée indique le nombre d'atomes de chaque type dans un composé ou une molécule.
• Les formules semi-développées et développées montrent chaque atome et chaque liaison dans une molécule, à l'exception des liaisons \( C-H \) dans le cas des formules semi-développées.
• La formule squelettique est la représentation la plus abrégée de la structure d'une molécule. Ces formules ne montrent pas les atomes de carbone et d'hydrogène ni les liaisons entre eux, mais elles montrent les autres groupes d'atomes dans les molécules.

Il convient de mentionner qu'il existe d'autres représentations plus complexes telles que les formules structurelles, les diagrammes de Lewis et les structures 3D.

Molécule d'eau

La molécule d'eau est une molécule triatomique. Elle est constituée de deux atomes d'hydrogène \( H \) et un atome d'oxygène \( O \) .

Fig.1- formule chimique de la molécule d'eau

Schéma de Lewis

Les schémas de Lewis montrent les atomes d'une molécule, qu'il s'agisse d'un composé neutre ou d'un ion chargé. Ils indiquent également le nombre, la position et la disposition des électrons de valence des atomes, en supposant que toutes les enveloppes électroniques internes sont complètes. Plus précisément, ils montrent toutes les paires d'électrons liées ou non liées.

Représentation de Cram

La représentation de Cram donne un aperçu de la configuration spatiale des atomes qui composent une molécule. Elle fait apparaître les liaisons en perspective.

Quelques règles assez simples permettent de rendre compte de la géométrie de la molécule :

• Le plan de la feuille coïncide avec le plan de la molécule qui contient le plus grand nombre de liaisons.
• Une liaison entre deux atomes situés dans le plan est symbolisée par un trait plein.
• Une liaison avec un atome qui se trouve en avant du plan est représentée par un trait gras ou par un triangle plein dont la pointe est orientée vers l'atome qui se situe dans le plan.
• Une liaison avec un atome qui se trouve en arrière du plan est représentée par un trait en pointillé ou par un triangle hachuré dont la pointe est toujours orientée vers l'atome qui se situe dans le plan.¹

Molécules isomères

Les isomères chimiques sont un peu comme les anagrammes. Les anagrammes contiennent le même nombre de lettres de chaque type, mais ces lettres sont disposées de manière différente. Cela permet de former deux mots uniques (ou plus !) dont l'aspect et le son sont très différents. De même, les isomères contiennent le même nombre de chaque type d'atome. Cependant, ces atomes sont disposés différemment, ce qui confère aux isomères des propriétés physiques et/ou chimiques différentes.

Macromolécules et polymères

Un polymère est constitué de nombreux monomères. Il est également utile de considérer un polymère comme une chaîne d'unités monomères répétitives.

Les protéines, l'ADN et les matières plastiques telles que le chlorure de polyvinyle (PVC) et le polystyrène sont des exemples de polymères.