Physique-Chimie 2APIC
Molécules et atomes
Le modèle qui explique les trois états de la matière et permet d'écrire la chimie avec des symboles. De la molécule à l'atome.
01 Le modèle moléculaire
La matière paraît continue : un verre d'eau semble plein d'eau, sans trou. En réalité, elle est constituée de particules extrêmement petites et séparées par du vide.
Définition
La matière est formée de molécules, particules si petites qu'elles sont invisibles même au microscope optique. Une goutte d'eau en contient plusieurs milliers de milliards de milliards.
Ce qu'est un modèle. Personne n'a jamais « vu » une molécule d'eau. Le modèle moléculaire est une représentation qui explique les observations : compressibilité des gaz, dissolution, changements d'état. On le garde tant qu'il explique bien, et on l'affine quand de nouvelles expériences le contredisent.
02 Les trois états expliqués
Un même corps, l'eau par exemple, existe sous trois états. Les molécules sont les mêmes dans les trois cas : seule leur disposition change.
| État | Disposition | Mouvement | Conséquence |
|---|---|---|---|
| Solide | Ordonnées et serrées | Vibrent sur place | Forme et volume propres |
| Liquide | Serrées mais désordonnées | Glissent les unes sur les autres | Volume propre, forme du récipient |
| Gaz | Très éloignées, désordonnées | Se déplacent vite dans tous les sens | Ni forme ni volume propres, compressible |
Conséquence importante
Lors d'un changement d'état, les molécules ne sont ni créées, ni détruites, ni transformées : elles se réorganisent. C'est pourquoi la masse se conserve quand la glace fond ou quand l'eau s'évapore.
À toi. On congèle 200 g d'eau. Quelle est la masse de la glace obtenue ?
200 g. Ce sont exactement les mêmes molécules, simplement ordonnées autrement. Le volume, lui, augmente légèrement — c'est pourquoi une bouteille pleine éclate au congélateur.
03 La molécule
Définition
Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux. Chaque molécule se représente par une formule chimique.
| Molécule | Formule | Composition |
|---|---|---|
| Eau | H₂O | 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène |
| Dioxygène | O₂ | 2 atomes d'oxygène |
| Diazote | N₂ | 2 atomes d'azote |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène |
| Méthane | CH₄ | 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène |
04 L'atome
Les atomes sont les constituants des molécules. Il en existe une centaine de sortes différentes, et toute la matière de l'univers est faite de ces quelques dizaines de briques.
Structure
Un atome est formé d'un noyau central, chargé positivement, autour duquel se déplacent des électrons, chargés négativement. L'ensemble est électriquement neutre : autant de charges positives que négatives.
Chaque atome se désigne par un symbole : une majuscule, parfois suivie d'une minuscule.
| Atome | Symbole | Atome | Symbole |
|---|---|---|---|
| Hydrogène | H | Carbone | C |
| Oxygène | O | Azote | N |
| Fer | Fe | Cuivre | Cu |
| Soufre | S | Chlore | Cl |
La majuscule et la minuscule ne sont pas décoratives. CO désigne le monoxyde de carbone, une molécule de deux atomes différents. Co désigne l'atome de cobalt. Une seule lettre mal placée change complètement le sens.
05 Lire une formule chimique
Règle de lecture
L'indice écrit en bas à droite d'un symbole indique le nombre d'atomes de cette sorte dans la molécule. Quand il n'y a pas d'indice, il y a un seul atome.
Dans H₂SO₄ : 2 atomes d'hydrogène, 1 atome de soufre et 4 atomes d'oxygène, soit 7 atomes en tout.
Indice et coefficient sont différents. Dans 3 H₂O, le 3 devant compte les molécules : il y a trois molécules d'eau, donc 6 atomes d'hydrogène et 3 d'oxygène. L'indice est dans la molécule, le coefficient compte les molécules.
À toi. Combien d'atomes au total dans 2 CO₂ ?
Une molécule de CO₂ contient 1 + 2 = 3 atomes. Pour deux molécules : 6 atomes, soit 2 atomes de carbone et 4 atomes d'oxygène.
06 Corps purs et mélanges
- Corps pur simple
- Constitué d'un seul type de molécule, formée d'atomes tous identiques. Exemples : O₂, N₂.
- Corps pur composé
- Constitué d'un seul type de molécule, formée d'atomes différents. Exemples : H₂O, CO₂.
- Mélange
- Contient plusieurs types de molécules. L'air est un mélange de N₂, O₂ et d'autres gaz.
Le critère à appliquer. Un seul type de molécule, c'est un corps pur. Plusieurs types, c'est un mélange. Ensuite seulement, on regarde si les atomes de la molécule sont identiques ou non pour dire « simple » ou « composé ».
✓ L'essentiel
- Modèle
- La matière est faite de molécules séparées par du vide.
- Trois états
- Mêmes molécules, dispositions différentes : ordonnées serrées, serrées désordonnées, très espacées.
- Molécule
- Un assemblage d'atomes liés, décrit par une formule chimique.
- Atome
- Un noyau positif entouré d'électrons négatifs, désigné par un symbole.
- Lecture
- L'indice compte les atomes dans la molécule, le coefficient compte les molécules.
- Conservation
- Lors d'un changement d'état, les molécules se réorganisent : la masse ne change pas.