Les atomes et les molécules sont les constituants fondamentaux de la matière. Ces particules sont invisibles à l'œil nu. Elles composent toute la matière qui nous entoure. Ces particules ont des arrangements différents selon les états physiques (solide, liquide et gazeux) de la matière. Ces arrangements permettent de comprendre leurs propriétés.
Le modèle particulaire de la matière
Toute matière est composée de particules invisibles à l'œil nu : les atomes et les molécules.
Les atomes
L'atome est la plus petite entité de matière. Chaque atome est représenté par un symbole et une sphère de couleur.
Atomes
Les atomes sont les constituants fondamentaux de la matière, invisibles à l'œil nu.
À chaque atome est associé un symbole d'une ou deux lettres et une sphère de couleur avec laquelle on peut le représenter dans un modèle moléculaire.
L'atome de carbone est modélisé par une sphère noire et est représenté par le symbole \ce{C} .
Les molécules
Une molécule est un groupement d'atomes liés entre eux. Chaque molécule est représentée par une formule brute et un modèle moléculaire.
Molécules
Les molécules sont des assemblages d'atomes et sont également invisibles à l'œil nu.
L'eau est composée de molécules.
À chaque molécule correspond une formule brute, qui indique la nature et le nombre des atomes qui la composent. Elle est obtenue en écrivant les symboles des atomes (dans l'ordre alphabétique) et en indiquant leur nombre en bas à droite de leur symbole (seul le nombre 1 n'est pas écrit).
La formule brute de la molécule d'eau est \ce{H2O} , ce qui signifie que cette molécule est composée de deux atomes d'hydrogène, de symbole \ce{H} , et d'un atome d'oxygène, de symbole \ce{O} .
Une molécule peut être représentée par un modèle moléculaire qui est obtenu en accolant les modèles des atomes qui les composent (sans respecter obligatoirement leur géométrie).
Les trois états physiques de la matière
La matière peut exister sous trois états physiques : solide, liquide et gazeux. Les configurations microscopiques de ces trois états leur confèrent des propriétés différentes.
L'état solide
L'état solide est caractérisé par des particules proches et fixes les unes par rapport aux autres. C'est donc un état compact et, le plus souvent, ordonné.
Dans l'état solide, les particules qui composent le corps (atomes ou molécules) sont proches et fixes les unes par rapport aux autres (elles peuvent seulement vibrer).
De par la configuration microscopique de ses particules, l'état solide est un état compact et ordonné, ce qui explique qu'un solide a une forme propre (qui ne dépend pas du récipient qui le contient).
Certains solides sont composés de particules non ordonnées.
Les particules qui composent les verres ne sont pas ordonnées.
L'état liquide
L'état liquide est caractérisé par des particules proches et mobiles. C'est donc un état compact et désordonné, donc déformable.
Dans l'état liquide, les particules qui composent le corps (atomes ou molécules) sont proches et mobiles.
De par la configuration microscopique de ses particules, l'état liquide est un état compact et désordonné. C'est donc un état déformable, ce qui explique qu'un liquide prenne la forme du récipient qui le contient et aussi qu'un liquide peut couler.
La surface libre des liquides (en contact avec l'air) est toujours horizontale, quelle que soit l'orientation du récipient qui les contient.
L'état gazeux
L'état gazeux est caractérisé par des particules éloignées et mobiles. C'est donc un état dispersé et désordonné.
À l'état gazeux, les particules qui composent le corps (atomes ou molécules) sont très éloignées et mobiles.
De par la configuration microscopique de ses particules, l'état gazeux est dispersé et désordonné, ce qui explique qu'un gaz occupe toujours la totalité du volume dont il dispose.
Avec le même volume d'air, on peut gonfler des ballons aux formes différentes.
Cette description moléculaire explique la compressibilité des gaz. L'air est compressible, car l'état gazeux est dispersé : les particules composant un gaz peuvent être rapprochées les unes des autres. Lors de la compression d'un gaz, ni le nombre de particules ni la masse ne varient, seul l'espace entre elles est modifié.
- Lorsqu'on pousse le piston d'une seringue fermée, on diminue le volume de l'air qu'elle contient. L'air est donc compressible.
- Lorsqu'on tire le piston d'une seringue fermée, on augmente le volume de l'air qu'elle contient. L'air est donc expansible.