Karamö, le prof virtuelLeçon 10 sur 16
La molécule
Je sais ce qu'est une molécule, je sais dire de quels atomes elle est formée et je sais distinguer la molécule d'un corps simple de celle d'un corps composé.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir une molécule et l'atomicité
- Décrire une molécule à l'aide des modèles moléculaires
- Distinguer molécules de corps simples et de corps composés
- Expliquer un changement d'état et une réaction chimique à l'échelle des molécules
Avant de commencer : L'atome (leçon précédente) ; corps simples et corps composés ; analyse et synthèse de l'eau.
1Je découvre
Aïssatou prépare le repas avec sa mère, à Mamou. Elle remarque que la marmite d'eau qui bout se vide peu à peu : l'eau devient vapeur et part dans l'air. Pourtant, quand la vapeur touche le couvercle froid, elle redevient de l'eau liquide. Plus tard, elle voit le charbon de bois brûler dans le fourneau : il disparaît et devient un gaz invisible, mais ce gaz n'est plus du charbon.
Elle demande à son frère Ibrahima pourquoi l'eau reste de l'eau quand elle devient vapeur, alors que le charbon ne redevient jamais du charbon. Ibrahima a appris que la matière est faite d'atomes. Il répond : « Dans l'eau, les atomes sont regroupés par petits paquets bien précis. Tant que les paquets ne sont pas cassés, c'est toujours de l'eau. »
Ces « petits paquets », ce sont les molécules.
Qu'est-ce qu'une molécule, et comment la décrire ?
2Je comprends
1. Définition
Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux. C'est la plus petite partie d'un corps pur (formé de molécules) qui garde les propriétés chimiques de ce corps.
Exemples :
- une molécule d'eau est formée de 2 atomes d'hydrogène et de 1 atome d'oxygène ;
- une molécule de dioxygène est formée de 2 atomes d'oxygène ;
- une molécule de dioxyde de carbone est formée de 1 atome de carbone et de 2 atomes d'oxygène.
Une molécule est électriquement neutre, puisque chacun de ses atomes l'est.
L'atomicité d'une molécule est le nombre total d'atomes qu'elle contient. La molécule d'eau a une atomicité de 3 ; celle de dioxygène, de 2.
- Une molécule de 2 atomes est dite diatomique (dioxygène, dihydrogène, diazote).
- Une molécule de 3 atomes est dite triatomique (eau, dioxyde de carbone, ozone).
Le préfixe du nom donne souvent des indices : di- veut dire 2 et tri- veut dire 3. Le dioxygène a 2 atomes d'oxygène ; le dioxyde de carbone a 2 atomes d'oxygène.
2. Les modèles moléculaires
Les molécules sont trop petites pour être vues. Pour les représenter, on utilise des modèles moléculaires : chaque atome est une boule dont la couleur indique l'élément.
| Élément | Couleur usuelle de la boule |
|---|---|
| Hydrogène | blanc |
| Carbone | noir |
| Oxygène | rouge |
| Azote | bleu |
| Soufre | jaune |
| Chlore | vert |
La forme d'une molécule n'est pas quelconque. La molécule d'eau est coudée (en forme de V), avec l'atome d'oxygène au milieu. La molécule de dioxyde de carbone est linéaire (les trois atomes sont alignés), avec le carbone au milieu.
On peut aussi écrire la formule de la molécule : l'eau s'écrit H2O, le dioxygène O2, le dioxyde de carbone CO2. Le petit chiffre en bas indique le nombre d'atomes. Tu apprendras à écrire ces formules en détail dans la leçon suivante.
3. Molécules de corps simples et de corps composés
Tu sais qu'un corps simple est formé d'un seul élément et qu'un corps composé en contient plusieurs. À l'échelle des molécules :
- la molécule d'un corps simple est formée d'atomes tous identiques ;
- la molécule d'un corps composé est formée d'atomes différents.
- Dihydrogène : 2 atomes d'hydrogène
- Dioxygène : 2 atomes d'oxygène
- Diazote : 2 atomes d'azote
- Ozone : 3 atomes d'oxygène
- Eau : 2 hydrogène + 1 oxygène
- Dioxyde de carbone : 1 carbone + 2 oxygène
- Méthane : 1 carbone + 4 hydrogène
- Ammoniac : 1 azote + 3 hydrogène
Attention : tous les corps ne sont pas formés de molécules. Les métaux (fer, cuivre, aluminium, or) sont formés d'atomes empilés régulièrement, sans molécules séparées. Le sel de cuisine n'est pas non plus formé de molécules (tu l'étudieras dans les classes supérieures).
Méthode
Pour décrire une molécule :
- Je nomme chaque sorte d'atome qu'elle contient.
- Je compte le nombre d'atomes de chaque sorte.
- J'additionne pour trouver l'atomicité.
- Je conclus : atomes tous identiques → corps simple ; atomes différents → corps composé.
Exemple
La molécule de méthane (gaz des marais, principal constituant du gaz naturel) contient 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène. Décris-la.
Sortes d'atomes : carbone et hydrogène.
Nombre d'atomes : 1 carbone + 4 hydrogène.
Atomicité : 1 + 4 = 5.
Les atomes sont différents : le méthane est un corps composé.
Exemple
Combien d'atomes y a-t-il dans 10 molécules d'eau ?
Une molécule d'eau contient 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène, soit 3 atomes.
Dans 10 molécules : 10 × 2 = 20 atomes d'hydrogène et 10 × 1 = 10 atomes d'oxygène.
Total : 20 + 10 = 30 atomes.
4. Les molécules expliquent les changements
Lors d'un changement d'état (fusion, vaporisation, condensation…), les molécules ne sont pas modifiées : elles s'éloignent ou se rapprochent, bougent plus ou moins vite. La vapeur d'eau est formée des mêmes molécules que l'eau liquide ou la glace. C'est pourquoi l'eau reste de l'eau.
Lors d'une réaction chimique, les molécules des réactifs sont cassées et leurs atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules. Quand le charbon (carbone) brûle, les atomes de carbone s'unissent aux molécules de dioxygène de l'air pour former des molécules de dioxyde de carbone : une nouvelle substance est apparue. Dans l'électrolyse de l'eau, les molécules d'eau sont cassées ; leurs atomes forment des molécules de dihydrogène et de dioxygène.
Les atomes, eux, ne sont ni créés ni détruits : ils changent seulement de « partenaires ».
5. Des molécules innombrables
Une molécule d'eau contient 18 nucléons (8 protons et 8 neutrons pour l'oxygène, 1 proton pour chaque hydrogène). Sa masse vaut environ 18 × 1,67 × 10-27 ≈ 3,0 × 10-26 kg, soit 3,0 × 10-23 g.
Exemple
Estimer le nombre de molécules dans 1 g d'eau.
Masse d'une molécule ≈ 3,0 × 10⁻²³ g.
Nombre de molécules ≈ 1 ÷ (3,0 × 10⁻²³) ≈ 0,33 × 10²³ = 3,3 × 10²² molécules.
Une cuillerée d'eau (environ 5 g) contient donc environ 5 × 3,3 × 10²² ≈ 1,7 × 10²³ molécules : plus de cent mille milliards de milliards !
3Je retiens
Je retiens
Une molécule est un assemblage d'atomes liés ; elle est électriquement neutre.
L'atomicité est le nombre total d'atomes d'une molécule (eau : 3 ; dioxygène : 2).
Molécule de corps simple : atomes identiques (O₂, H₂, N₂) ; de corps composé : atomes différents (H₂O, CO₂).
La molécule d'eau est coudée ; celle de dioxyde de carbone est linéaire.
Changement d'état : les molécules restent les mêmes.
Réaction chimique : les molécules se cassent et les atomes se réarrangent en nouvelles molécules.
4Erreurs fréquentes
- Confondre atome et molécule : l'atome est la « brique » ; la molécule est un assemblage de plusieurs atomes.
- Croire que la vapeur d'eau est faite de molécules différentes de celles de l'eau liquide : ce sont les mêmes molécules, seulement plus éloignées et plus agitées.
- Dire que le dioxygène est un corps composé parce que sa molécule a deux atomes : ses deux atomes sont identiques, c'est un corps simple.
- Penser que toute matière est faite de molécules : les métaux sont faits d'atomes empilés.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Définis : molécule ; atomicité. Donne l'atomicité de la molécule d'eau et de celle de dioxyde de carbone.
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Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux, électriquement neutre. L'atomicité est le nombre total d'atomes d'une molécule. Eau : 2 + 1 = 3. Dioxyde de carbone : 1 + 2 = 3.
2Exercice 2
Classe les molécules suivantes en molécules de corps simples ou de corps composés : dihydrogène ; eau ; ozone ; ammoniac ; diazote ; méthane.
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Corps simples (atomes identiques) : dihydrogène, ozone, diazote. Corps composés (atomes différents) : eau, ammoniac, méthane.
3Exercice 3
La molécule d'éthanol (alcool) contient 2 atomes de carbone, 6 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène.
a) Quelle est son atomicité ?
b) Est-ce une molécule de corps simple ou composé ?
c) Combien d'atomes d'hydrogène y a-t-il dans 5 molécules d'éthanol ?
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a) Atomicité : 2 + 6 + 1 = 9.
b) Les atomes sont différents : c'est une molécule de corps composé.
c) 5 × 6 = 30 atomes d'hydrogène.
4Exercice 4
Explique, à l'échelle des molécules, la différence entre :
a) l'eau qui bout dans une marmite ;
b) le charbon de bois qui brûle dans le fourneau.
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a) Quand l'eau bout, c'est un changement d'état : les molécules d'eau ne sont pas modifiées, elles s'éloignent et passent dans l'air sous forme de vapeur. On peut retrouver l'eau liquide par condensation.
b) Quand le charbon brûle, c'est une réaction chimique : les atomes de carbone s'unissent aux molécules de dioxygène pour former de nouvelles molécules (dioxyde de carbone). Le charbon a disparu, une nouvelle substance est apparue.
5Exercice 5
(Synthèse) On décompose 100 molécules d'eau par électrolyse.
a) Combien d'atomes d'hydrogène et d'oxygène ces molécules contiennent-elles ?
b) Sachant qu'une molécule de dihydrogène contient 2 atomes d'hydrogène et qu'une molécule de dioxygène contient 2 atomes d'oxygène, combien de molécules de chaque gaz obtient-on ?
c) Retrouve la proportion « 2 volumes de dihydrogène pour 1 volume de dioxygène » vue en classe.
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a) Hydrogène : 100 × 2 = 200 atomes. Oxygène : 100 × 1 = 100 atomes.
b) Dihydrogène : 200 ÷ 2 = 100 molécules. Dioxygène : 100 ÷ 2 = 50 molécules.
c) On obtient 100 molécules de dihydrogène pour 50 molécules de dioxygène, soit 2 fois plus. Pour des gaz dans les mêmes conditions, deux fois plus de molécules occupent un volume deux fois plus grand : on retrouve 2 volumes de dihydrogène pour 1 volume de dioxygène.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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