Si l’on coupait un morceau de craie en deux, puis encore en deux, et ainsi de suite, jusqu’où pourrait-on aller ? Les scientifiques ont montré que la matière est faite de minuscules grains : les atomes, qui s’assemblent parfois en molécules. Ce chapitre t’apprend à les nommer, à écrire leur formule et à les représenter avec des modèles.
Ce cours est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Atomes et molécules : la matière vue de très près
Au chapitre sur le modèle particulaire, tu as imaginé la matière faite de particules. On peut maintenant préciser : ces particules sont, selon les cas, des atomes, des molécules ou des ions (que tu étudieras en 3e). Elles sont beaucoup trop petites pour être vues, même avec un microscope ordinaire.
Pour se faire une idée de leur taille, on utilise des ordres de grandeur : on les écrit avec des puissances de 10.
Un atome est un grain de matière dont la taille est de l’ordre de 10−10 m (0,1 nanomètre). Un atome est lui-même formé d’un noyau et d’électrons, mais c’est la plus petite « brique » qui conserve l’identité d’un élément chimique.
Un cheveu a un diamètre d’environ 70 µm, soit 7 × 10−5 m. Combien d’atomes alignés faut-il pour le traverser ? On divise : 7 × 10−5 ÷ 10−10 = 7 × 105, soit environ 700 000 atomes.
Les atomes et leurs symboles
Il existe un peu plus d’une centaine de sortes d’atomes, chacune correspondant à un élément chimique. Pour les désigner, les chimistes utilisent un symbole : une lettre majuscule, éventuellement suivie d’une lettre minuscule.
| Atome | Symbole | Couleur du modèle |
|---|---|---|
| Hydrogène | H | blanc |
| Carbone | C | noir |
| Oxygène | O | rouge |
| Azote | N | bleu |
| Chlore | Cl | vert |
| Fer | Fe | — |
| Cuivre | Cu | — |
La majuscule et la minuscule comptent. Co désigne le cobalt, alors que CO est la formule d’une molécule contenant un atome de carbone (C) et un atome d’oxygène (O).
La molécule : un assemblage d’atomes
Une molécule est un assemblage d’atomes liés entre eux. Elle est représentée par sa formule chimique, qui indique la nature et le nombre des atomes qui la composent.
Dans la formule, le nombre d’atomes de chaque sorte s’écrit en indice, juste après le symbole. Quand il n’y a qu’un atome, on n’écrit pas le chiffre 1.
La molécule d’eau a pour formule H2O : 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène, soit 3 atomes au total. Le dioxyde de carbone, CO2, contient 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène.
Pour visualiser une molécule, on construit un modèle moléculaire : chaque atome est une boule de couleur, les liaisons sont figurées par des bâtonnets. Les atomes n’ont pas la même taille : l’hydrogène est le plus petit.
Règle pratique pour construire les modèles : l’atome d’hydrogène fait 1 liaison, l’oxygène 2, l’azote 3 et le carbone 4.
Corps purs, corps simples, corps composés et mélanges
Un corps pur est formé d’une seule sorte de molécules (ou d’atomes). Un mélange en contient plusieurs sortes. Parmi les corps purs, on distingue :
- le corps pur simple, dont les molécules ne contiennent qu’une seule sorte d’atomes : le dioxygène O2, le diazote N2, le dihydrogène H2 ;
- le corps pur composé, dont les molécules contiennent plusieurs sortes d’atomes : l’eau H2O, le dioxyde de carbone CO2, le méthane CH4.
L’air est un mélange : environ 78 % de diazote, 21 % de dioxygène, et un peu d’argon, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau. Chaque gaz de l’air est un corps pur, mais l’air lui-même ne l’est pas.
« Eau pure » ne veut pas dire « corps pur » au sens du chimiste : l’eau minérale contient des sels dissous, c’est un mélange. L’eau distillée, elle, est (presque) un corps pur formé de molécules H2O uniquement.
Lire une formule et compter les atomes
Pour compter les atomes d’une molécule, on additionne tous les indices (un symbole sans indice compte pour 1).
Le glucose a pour formule C6H12O6. Il contient 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène. Nombre total d’atomes : 6 + 12 + 6 = 24 atomes. L’éthanol C2H6O en contient 2 + 6 + 1 = 9.
Tous les corps sont-ils faits de molécules ?
Non. Le fer, le cuivre ou l’aluminium sont constitués d’atomes assemblés sans former de petites molécules : on écrit simplement leur symbole (Fe, Cu, Al). Le sel de cuisine, lui, est formé d’ions. La molécule est donc un cas particulier, très fréquent dans l’eau, l’air, les êtres vivants et les carburants.
L’essentiel à retenir
- La matière est faite d’atomes, de molécules et d’ions, invisibles à l’œil nu.
- Un atome mesure environ 10−10 m ; chaque élément chimique a un symbole (H, C, O, N, Cl, Fe, Cu…).
- Une molécule est un assemblage d’atomes ; sa formule donne la nature et le nombre de ses atomes (H2O, CO2, CH4).
- On représente les molécules par des modèles : boules colorées (H blanc, C noir, O rouge, N bleu) et liaisons.
- Un corps pur simple ne contient qu’une sorte d’atomes ; un corps pur composé en contient plusieurs ; un mélange contient plusieurs sortes de molécules.
- Les métaux sont formés d’atomes, pas de molécules.