En se liant entre eux, les atomes forment des molécules que les modèles moléculaires peuvent modéliser. Les formules brute, développée et semi-développée d'une molécule donnent des informations différentes et sont nécessaires pour différencier les isomères. Les molécules qui portent les mêmes groupes caractéristiques sont regroupées dans des familles, car elles ont des propriétés chimiques communes. Dans un médicament, on distingue les molécules en fonction de leur rôle. La quête de la performance sportive nécessite la synthèse de nouvelles molécules, aux propriétés particulières, tels que les polymères.
La formation des molécules
Définition
Molécule
Une molécule est un édifice électriquement neutre, formée d'atomes liés entre eux par des liaisons dites covalentes.
Liaison covalente
Liaison dans laquelle deux atomes mettent en commun un électron (chacun) de leur couche électronique.
À chaque molécule est attribué un nom ainsi qu'une formule brute.
Formule brute
La formule brute d'une molécule indique la nature des atomes qui la constituent et le nombre de chacun de ces atomes. Ce nombre est précisé en indice, à droite du symbole des atomes.
La formule brute de la molécule d'eau est \ce{H2O}, cela signifie que cette molécule est composée de deux atomes d'hydrogène \ce{H} et d'un atome d'oxygène \ce{O}.
Il existe des liaisons covalentes simples, doubles ou triples.
| Type de liaison | Représentation | Nom et formule brute de la molécule |
|---|---|---|
| simple | \ce{H-H} | dihydrogène \ce{H2} |
| double | \ce{O=O} | dioxygène \ce{O2} |
| triple | \ce{N#N} | diazote \ce{N2} |
Les modèles moléculaires
Un modèle moléculaire modélise une molécule. Il permet de visualiser la structure (l'enchaînement des atomes) et la géométrie de la molécule. Chaque atome est représenté par une sphère de couleur et chaque liaison par un bâtonnet. On distingue :
- Les modèles éclatés qui permettent de bien visualiser les liaisons entre atomes.
- Les modèles compacts qui sont plus proches de la réalité et permettent d'évaluer le volume des molécules.
| Nom et symbole de l'atome | hydrogène \ce{H} | carbone \ce{C} | azote \ce{N} | oxygène \ce{O} | chlore \ce{Cl} |
|---|---|---|---|---|---|
| Couleur du modèle moléculaire | blanc | noir | bleu | rouge | vert |
Modèles moléculaires de quelques molécules simples
Le nombre de liaisons covalentes formées par un atome
Nombre de liaisons covalentes formées par un atome
Un atome forme autant de liaisons qu'il lui manque d'électrons pour vérifier la règle du duet ou de l'octet.
Texte
| Atome | Numéro atomique Z | Structure électronique | Nombre d'électrons à ajouter pour respecter les règles du duet et de l'octet | Nombre de liaisons covalentes formées |
|---|---|---|---|---|
| Hydrogène | 1 | (K)1 | 1 | 1 |
| Carbone | 6 | (K)2(L)4 | 4 | 4 |
| Azote | 7 | (K)2(L)5 | 3 | 3 |
| Oxygène | 8 | (K)2(L)6 | 2 | 2 |
Il existe des exceptions à cette règle, certains atomes ne respectant pas les règles du duet ou de l'octet. Leur étude n'est pas abordée au lycée.
Les représentations des molécules
La formule développée
Formule développée
Dans la formule développée d'une molécule, tous les symboles des atomes sont écrits et toutes les liaisons entre les atomes sont représentées par des tirets.
La formule développée de la molécule d'éthanol est :
Quand il est donné, on peut s'aider du modèle moléculaire pour établir la formule développée d'une molécule.
Modèle moléculaire de l'éthanol, permettant d'établir sa formule développée
La formule semi-développée
Formule semi-développée
Dans la formule semi-développée d'une molécule, les liaisons concernant les atomes d'hydrogène ne sont pas représentées, on écrit seulement leur nombre après le symbole de chaque atome qui les porte.
La formule semi-développée de la molécule d'éthanol est :
\ce{CH3-CH2-OH}
Les groupes caractéristiques
Groupes caractéristiques
Un groupe caractéristique est un groupe d'atomes qui confère des propriétés spécifiques aux molécules qui le possèdent. Ces molécules forment alors une famille chimique.
La molécule d'éthanol : \ce{CH3-CH2-OH} contient la fonction \ce{-OH}, elle fait donc partie de la famille des alcools.
Les groupes caractéristiques
Les isomères
Isomères
Des isomères sont des molécules ayant la même formule brute, mais des formules développées ou semi-développées différentes (donc des enchaînements d'atomes différents).
L'éthanol et le méthoxyméthane ont la même formule brute \ce{C2H6O}, mais pas la même formule semi-développée : ce sont donc des isomères.
| Molécule | Éthanol | Méthoxyméthane |
| Formule brute | \ce{C2H6O} | \ce{C2H6O} |
|---|---|---|
| Formule semi-développée | \ce{CH3-CH2-OH} | \ce{CH3-O-CH3} |
Des isomères n'ont pas le même nom ni les mêmes propriétés.
À température ambiante, l'éthanol est liquide et le méthoxyméthane est gazeux.
Les applications
Au thème de la santé : la composition d'un médicament
Un médicament est un mélange de plusieurs espèces chimiques, souvent des molécules, qui ne jouent pas toutes le même rôle.
Principe actif
Le principe actif d'un médicament est l'espèce chimique ayant des propriétés thérapeutiques.
La molécule de paracétamol est un principe actif présent dans de nombreux médicaments : le Doliprane, l'Efferalgan, le Dafalgan, etc.
Excipient
Dans un médicament, les excipients désignent toute substance autre que le principe actif. Ils permettent d'obtenir la formulation (ou mise en forme) souhaitée : comprimé, gélule, sirop, suppositoire, etc. et de faciliter son utilisation.
Dans les médicaments destinés aux enfants, des excipients donnant un goût agréable ou une saveur sucrée sont souvent ajoutés.
Médicament générique
Un médicament générique est un médicament qui contient le même principe actif que le médicament original (princeps) mais qui se différencie par sa formulation. Il a pour avantage d'être moins cher, car les coûts de recherche et de développement n'entrent pas dans son prix.
Au thème du sport : les nouveaux matériaux
Les matériaux utilisés dans les équipements sportifs se doivent d'être toujours plus performants (selon les sports, plus légers, plus résistants, etc.). Leurs propriétés bien particulières sont dues à leurs structures et à leurs constitutions à l'échelle microscopique. Par exemple, on utilise très souvent les polymères.
Polymère
Un polymère est une longue molécule constituée de la reproduction d'un même motif, appelé monomère.
Le nylon est un polymère permettant la fabrication de fils particulièrement résistants. Il est utilisé dans les sports de voile notamment. Le nylon est formé à l'aide de deux molécules :
- L'hexaméthylènediamine, qui porte un groupe amine au niveau de ses deux extrémités.
- L'acide adipique, qui porte un groupe acide carboxylique au niveau de ses deux extrémités.
Hexaméthylène diamine
Acide adipique
Nylon 6,6
Au centre de la molécule formée, on distingue un groupe amide, on appelle ce type de polymère un "polyamide".