Les molécules et les atomes
Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux. Un symbole chimique représente un type d'atome, tandis qu'une formule indique les types et le nombre d'atomes d'une molécule. Ainsi, H₂O représente une molécule d'eau contenant deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
À la fin de ce chapitre, vous saurez
- Distinguer atome et molécule
- Reconnaître les symboles C, H, O, N et Fe
- Lire une formule et compter les atomes
- Distinguer corps pur simple, corps pur composé et mélange
- Expliquer compression et détente avec le modèle moléculaire
PrérequisModèle particulaire étudié en 1AC · Air : diazote et dioxygène · Corps pur et mélange homogène
Un bon cours, ça se partage.
Qu'est-ce qu'un atome ?
Définition
Atome : Un atome est une entité microscopique qui entre dans la constitution de la matière. Dans le modèle utilisé en 2AC, chaque type d'atome est représenté par un symbole chimique et, sur les maquettes, par une boule.
| Type d'atome | Symbole | Couleur conventionnelle fréquente |
|---|---|---|
| Hydrogène | H | Blanc |
| Oxygène | O | Rouge |
| Carbone | C | Noir |
| Azote | N | Bleu |
| Fer | Fe | Couleur variable selon la maquette |
La première lettre d'un symbole est toujours une majuscule. Quand il y a une seconde lettre, elle est minuscule : le symbole du fer est Fe. Les couleurs des modèles servent à reconnaître les atomes ; elles ne montrent pas leur couleur réelle. Les atomes sont beaucoup trop petits pour être vus à l'œil nu.
Qu'est-ce qu'une molécule ?
Définition
Molécule : Une molécule est un assemblage déterminé d'atomes liés entre eux. Des molécules différentes peuvent utiliser les mêmes types d'atomes mais dans des nombres ou des assemblages différents.
Le dioxygène est formé de molécules O₂ : chacune contient deux atomes d'oxygène. L'eau est formée de molécules H₂O : chacune contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Le fer solide, en revanche, n'est pas constitué de petites molécules Fe₂ : toute matière ne se présente pas sous forme de molécules séparées.
Attention
Les maquettes sont des modèles agrandis. Le dessin du méthane présente ses quatre hydrogènes de façon lisible sur la page ; il ne faut pas en déduire que la molécule réelle est plate.
Comment lire une formule chimique ?
Méthode
Compter les atomes d'une molécule
- Repérer chaque symbole, en respectant les majuscules et minuscules.
- Lire le petit nombre placé en bas à droite du symbole : c'est l'indice.
- Si aucun indice n'est écrit, compter un seul atome de ce type.
- Additionner les nombres pour obtenir le total d'atomes dans la molécule.
| Nom | Formule | Composition d'une molécule | Total |
|---|---|---|---|
| Dihydrogène | H₂ | 2 H | 2 |
| Diazote | N₂ | 2 N | 2 |
| Dioxygène | O₂ | 2 O | 2 |
| Eau | H₂O | 2 H et 1 O | 3 |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 1 C et 2 O | 3 |
| Méthane | CH₄ | 1 C et 4 H | 5 |
| Butane | C₄H₁₀ | 4 C et 10 H | 14 |
Trois molécules d'eau
Que représente 3 H₂O ?
- Le nombre 3 placé devant la formule compte les molécules entières.
- Trois molécules contiennent 3 × 2 = 6 atomes H et 3 × 1 = 3 atomes O.
- On compte donc 9 atomes au total, mais toujours 3 molécules.
Attention
Ne pas confondre 2 O et O₂ : 2 O désigne deux atomes d'oxygène séparés dans l'écriture ; O₂ désigne une molécule de dioxygène. Changer un indice modifie l'espèce représentée. CO et CO₂ sont deux molécules différentes.
Comment distinguer corps simple, corps composé et mélange ?
Définition
Corps pur simple : Un corps pur simple est constitué d'un seul type d'atome. Le dioxygène O₂ est un corps pur simple bien que chaque molécule contienne deux atomes.
Définition
Corps pur composé : Un corps pur composé contient plusieurs types d'atomes chimiquement associés. L'eau pure H₂O est un corps pur composé : ses molécules sont toutes identiques, mais elles contiennent H et O.
Un mélange contient plusieurs espèces chimiques. L'air contient notamment des molécules N₂ et O₂ : il n'a pas une formule moléculaire unique. Pour classer un dessin, chercher d'abord s'il contient une seule espèce ou plusieurs. S'il n'y en a qu'une, regarder ensuite combien de types d'atomes la constituent.
Lire trois boîtes moléculaires
A contient uniquement O₂ ; B uniquement H₂O ; C contient O₂ et N₂.
- A : corps pur simple, car une seule espèce et un seul type d'atome.
- B : corps pur composé, car une seule espèce mais deux types d'atomes.
- C : mélange, car deux espèces différentes sont présentes.
Comment le modèle explique-t-il la compression d'un gaz ?
Dans un gaz, les molécules sont très espacées et en mouvement désordonné. Une compression dans un récipient étanche réduit les espaces entre elles. Leur nombre, leur composition et leur taille restent les mêmes. Lors d'une détente, les espaces augmentent. On comprend ainsi pourquoi un gaz peut changer de volume sans changer de masse.
Attention
On ne dessine pas des molécules plus petites après compression. On dessine le même nombre de molécules identiques, plus proches. Ce modèle prépare l'étude des réactions : une réaction modifiera les assemblages d'atomes, tandis qu'une simple compression ne le fait pas.
Questions fréquentes
Quelle différence entre un atome et une molécule ?
Comment compter les atomes dans une formule ?
Pourquoi l'eau est-elle un corps composé et non un mélange ?
Que devient une molécule quand on comprime l'air ?
Quiz : 12 questions sur ce chapitre
12 questions tirées au hasard parmi les 12 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.
Q1Le symbole du fer est…
Réponse incorrecte
Un symbole commence par une majuscule puis, si nécessaire, une minuscule.
Bonne réponse : Fe
Un symbole commence par une majuscule puis, si nécessaire, une minuscule.
Q2H₂O contient au total…
Réponse incorrecte
Deux H et un O donnent trois atomes.
Bonne réponse : 3 atomes
Deux H et un O donnent trois atomes.
Q3O₂ représente…
Réponse incorrecte
Cette molécule contient deux atomes d'oxygène.
Bonne réponse : une molécule de dioxygène
Cette molécule contient deux atomes d'oxygène.
Q4Le dioxygène pur est un corps…
Réponse incorrecte
Il ne contient qu'un type d'atome : O.
Bonne réponse : simple
Il ne contient qu'un type d'atome : O.
Q5L'eau pure est un corps…
Réponse incorrecte
Les molécules identiques H₂O contiennent deux types d'atomes.
Bonne réponse : composé
Les molécules identiques H₂O contiennent deux types d'atomes.
Q6L'air contient…
Réponse incorrecte
C'est notamment un mélange de N₂ et O₂.
Bonne réponse : plusieurs espèces chimiques
C'est notamment un mélange de N₂ et O₂.
Q73 CO₂ contient combien d'atomes O ?
Réponse incorrecte
Le coefficient multiplie l'indice : 3 × 2 = 6.
Bonne réponse : 6
Le coefficient multiplie l'indice : 3 × 2 = 6.
Q8Dans CH₄, le nombre d'atomes C est…
Réponse incorrecte
L'absence d'indice signifie un atome.
Bonne réponse : 1
L'absence d'indice signifie un atome.
Q9Lors d'une compression étanche, les molécules…
Réponse incorrecte
Le volume entre les molécules diminue.
Bonne réponse : se rapprochent
Le volume entre les molécules diminue.
Q10La couleur rouge d'une boule O est…
Réponse incorrecte
Les couleurs facilitent la lecture des modèles.
Bonne réponse : une convention
Les couleurs facilitent la lecture des modèles.
Q11Deux molécules de butane contiennent…
Réponse incorrecte
2 × 10 = 20 atomes d'hydrogène.
Bonne réponse : 20 atomes H
2 × 10 = 20 atomes d'hydrogène.
Q12Changer CO₂ en CO change…
Réponse incorrecte
Les compositions et les propriétés des deux molécules diffèrent.
Bonne réponse : l'espèce chimique
Les compositions et les propriétés des deux molécules diffèrent.
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Le chapitre est à revoir en entier
Ne recommencez pas le quiz tout de suite : relisez d'abord tout le cours, en refaisant sur votre cahier chaque exemple guidé au lieu de le lire. Enchaînez avec les exercices « facile », correction masquée, puis revenez ici. C'est en une seule séance de travail que la note change.
À revoir : 12 questions manquées
Le symbole du fer est…
Bonne réponseFe
Un symbole commence par une majuscule puis, si nécessaire, une minuscule.
H₂O contient au total…
Bonne réponse3 atomes
Deux H et un O donnent trois atomes.
O₂ représente…
Bonne réponseune molécule de dioxygène
Cette molécule contient deux atomes d'oxygène.
Le dioxygène pur est un corps…
Bonne réponsesimple
Il ne contient qu'un type d'atome : O.
L'eau pure est un corps…
Bonne réponsecomposé
Les molécules identiques H₂O contiennent deux types d'atomes.
L'air contient…
Bonne réponseplusieurs espèces chimiques
C'est notamment un mélange de N₂ et O₂.
3 CO₂ contient combien d'atomes O ?
Bonne réponse6
Le coefficient multiplie l'indice : 3 × 2 = 6.
Dans CH₄, le nombre d'atomes C est…
Bonne réponse1
L'absence d'indice signifie un atome.
Lors d'une compression étanche, les molécules…
Bonne réponsese rapprochent
Le volume entre les molécules diminue.
La couleur rouge d'une boule O est…
Bonne réponseune convention
Les couleurs facilitent la lecture des modèles.
Deux molécules de butane contiennent…
Bonne réponse20 atomes H
2 × 10 = 20 atomes d'hydrogène.
Changer CO₂ en CO change…
Bonne réponsel'espèce chimique
Les compositions et les propriétés des deux molécules diffèrent.
Exercices corrigés
10 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.
Exercice 1
FacileDonner les symboles du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote et du fer.
Correction
Carbone : C ; hydrogène : H ; oxygène : O ; azote : N ; fer : Fe. La seconde lettre de Fe est minuscule.
Exercice 2
FacileQuels types d'atomes et combien d'atomes contient une molécule CO₂ ?
Correction
Elle contient 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène, soit 3 atomes au total.
Exercice 3
FacileCompter les atomes dans une molécule C₄H₁₀.
Correction
4 atomes de carbone et 10 d'hydrogène : 4 + 10 = 14 atomes.
Exercice 4
MoyenCombien de molécules et d'atomes de chaque type représente 4 H₂O ?
Correction
4 molécules d'eau ; 4 × 2 = 8 atomes H ; 4 × 1 = 4 atomes O ; 12 atomes au total.
Exercice 5
MoyenClasser : diazote pur N₂ ; eau pure H₂O ; air contenant N₂ et O₂.
Correction
N₂ : corps pur simple. H₂O : corps pur composé. Air : mélange. Le nombre de types d'atomes ne suffit pas à distinguer un composé d'un mélange : il faut observer les espèces présentes.
Exercice 6
MoyenUne molécule contient 1 atome de carbone et 4 d'hydrogène. Écrire sa formule et donner son nom.
Correction
CH₄, le méthane. L'indice 1 du carbone ne s'écrit pas.
Exercice 7
MoyenUn dessin montre 8 molécules avant compression et 5 après dans une seringue étanche. Quel est le défaut ?
Correction
Le nombre doit rester égal à 8. Il faut rapprocher les molécules, en conservant leur taille et leur composition, sans en effacer.
Exercice 8
MoyenUne boîte contient 3 molécules O₂ et 2 molécules CO₂. Compter les molécules puis les atomes O et C.
Correction
5 molécules au total. O : 3 × 2 + 2 × 2 = 10 atomes. C : 2 × 1 = 2 atomes. C'est un mélange de deux espèces.
Exercice 9
DifficileExpliquer pourquoi 2 O₂ et O₂ ne représentent pas la même quantité, puis pourquoi CO₂ ne peut pas être remplacé par CO.
Correction
2 O₂ représente deux molécules, donc quatre atomes O ; O₂ en représente une, donc deux atomes O. CO₂ et CO sont des espèces différentes : elles n'ont pas le même nombre d'atomes O par molécule.
Exercice 10
DifficileCinq molécules identiques contiennent ensemble 10 atomes H et 5 atomes O. Déterminer la formule d'une molécule.
Correction
Par molécule : 10 ÷ 5 = 2 H et 5 ÷ 5 = 1 O. La formule est H₂O.