De l’atome aux molécules

Plan du cours I. Règles de stabilité des éléments 1 - Stabilité des gaz nobles 2 - Règle du duet et de l’octet 3- Application aux molécules II. Représentation d’une molécule 1 - Définition 2 - Formule brute d’une molécule 3- Formule développée d’une molécule. (notion de molécules isomères) 4 - Représentation de Lewis 5 - Géométrie de quelques molécules

I. Règles de stabilité des éléments 1- Stabilité des gaz nobles Activité 1 : On rencontre dans l’atmosphère des gaz en atomes isolés comme He et Ar mais jamais N ou O. Quelle propriété commune ont les couches électroniques externes des atomes que l’on rencontre isolés ?

I. Règles de stabilité des éléments Conclusion : Les gaz rares ont des structures électroniques avec des couches externes saturées. • Structure en duet : 2 électrons sur la couche externe (K). • Structure en octet : 8 électrons sur la couche externe (L ou M).

I. Règles de stabilité des éléments 2 - Règle du duet et de l’octet A l’exception des gaz nobles, les éléments n’existent pas naturellement sous formes d’atomes isolés. Les atomes se transforment pour obtenir une stabilité similaire à celle des gaz nobles. Leur couche externe devient saturée. Ces éléments satisfont à la règle du « duet » ou de « l’octet » en captant, cédant ou en mettant en commun des électrons. Les atomes se transforment en ions ou alors se lient à d’autres atomes pour former des molécules.

I. Règles de stabilité des éléments 3 - Application aux molécules Dans une molécule, chaque atome a une structure en octet ou en duet. EX : H2 H . . H

II. Représentation d’une molécule I. Définition Définitions : Une molécule est un assemblage d'atomes identiques ou différents liés les uns aux autres par des liaisons chimiques. Deux atomes qui se lient vont donner chacun un électron pour former une liaison commune. Cette liaison est appelée liaison covalente. Les électrons sont localisés entre les deux atomes mais l’on considère qu’ils appartiennent à chaque atome.

II. Représentation d’une molécule 4- Formule brute d’une molécule Ex: la molécule d’eau Symbole chimique Symbole chimique de l’atome d’hydrogène. de l’atome d’oxygène. H2 O L’indice 2 indique le nombre L’absence d’indice indique que d’atomes d’hydrogène la molécule d’eau contient dans la molécule d’eau. un seul atome d’oxygène.

II. Représentation d’une molécule 3 - Formule développée d’une molécule Ex : H – O – H Dans une formule développée toutes les liaisons covalentes apparaissent.

Activité 1 1/ Rappels 6 8 1 7 17 C O H N Cl NOIR ROUGE BLANC BLEU VERT Nom de l’atome Carbone Oxygène Hydrogène Azote Chlore Numéro atomique (Z) 6 8 1 7 17 Symbole chimique C O H N Cl Couleur maquette NOIR ROUGE BLANC BLEU VERT Nombre de liaisons 4 2 3

2/ Remplir le tableau grâce aux modèles moléculaires : Nom du corps Formule brute Composition en atomes Formule développée   H2O Dioxygène 2 atomes d'oxygène 1 atome de carbone H2 N2  1 atome de carbone 4 atomes d'hydrogène

Correction de l’activité 1 Modèles moléculaire compacts Formule chimique Composition en atomes Nom du corps   H2O 1 atome d'oxygène 2 atomes d’hydrogène Eau   O2 2 atomes d’oxygène Dioxygène CO2  2 atomes d'oxygène 1 atome de carbone Dioxyde de carbone  H2 2 atomes d’hydrogène   Dihydrogène  N2   2 atomes d’azote Diazote CH4  4 atome d’hydrogène Méthane  éclatés

II. Représentation d’une molécule Conclusion : Une liaison covalente simple est formée d'un doublet d’électrons liant. Une liaison covalente double est constituée de deux doublets liants (4 électrons). Une liaison covalente triple est constituée de trois doublets liants (6 électrons).

Activité 2: A l’aide des modèles moléculaires, trouver les formules développées des molécules suivantes. Formule brute Formule développée Nom C4H10 H - C -C- C - C - H Butane H- C – C – C - H Méthylpropane C2H6O H- C – C – O- H Ethanol H- C – O - C - H Méthoxyméthane H H H H H H H -C- H H H H H

II. Représentation d’une molécule Conclusion : Deux molécules qui ont les mêmes formules brutes mais des formules développées différentes sont des molécules isomères.

Application Le pentane est un solvant. Sa formule brute est C5H12. En donner tous les isomères possibles.

II. Représentation d’une molécule 4 - Représentation de Lewis (cf TP) Conclusion : Dans une molécule, chaque atome a une structure en octet ou en duet. Ceci détermine le nombre de liaisons chimiques que peut former un atome dans une molécule. Les électrons de la couche externe sont groupés par paires, appelées doublets d'électrons (la paire d’électrons est représentée par un trait). Certains doublets, partagés par deux atomes, constituent les liaisons covalentes de la molécule : c'est les doublets liants. Les autres doublets n'appartiennent qu'a un seul atome : c'est les doublets non liants.

II. Représentation d’une molécule 5 - Géométrie de quelques molécules Formule brute H2O NH3 CH4 Formule développée H- O- H H- N - H H- C - H Représentation de Cram modèle moléculaire Géométrie Plane : les trois atomes sont dans le même plan. La molécule a une forme coudée Pyramidale : l'azote est sommet de la pyramide, les hydrogènes aux sommets de la base. Tétraédrique : le carbone est au centre du tétraèdre. Les hydrogènes aux sommets de la base. H H