V2 - Molécule & Ion

Ion & Molécule

En vidéo :

1.1. Formation des Ions

• Pour satisfaire la règle électronique selon laquelle l'état le plus stable possible pour un atome est celui où sa couche électronique externe est saturée (complète), certains atomes peuvent, au lieu de partager des électrons avec d'autres atomes pour former des liaisons covvalentes, arracher ou céder un (ou plusieurs) électron à des atomes voisins.
• C'est le cas lorsque la différence d'électronégativité de deux atomes voisins est supérieur à 1,7. L'atome le plus électronégatif arrache carrément un électron à l'atome qui l'est le moins. Chacun d'eux n'est donc plus électriquement neutre puisqu'ils auront respectivement gagné et perdu un électron : ils sont chargés.

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1.1. Formation des Ions

• Un atome ayant gagné un (ou plusieurs) électron devient un ion portant une (ou des) charge négative supplémentaire par rapport au nombre de protons : c'est un anion.
• Un atome ayant perdu un (ou plusieurs) électron devient un ion portant une (ou des) charge négative en moins par rapport au nombre de protons : c'est un cation.

• Quand un atome gagne un (ou des électrons), il devient bien un ion chargé - car la charge de l'électron est négative. Quand un atome en perd, il devient un ion chargé +.
• Un atome ne peut gagner ou perdre que des électrons. Le nombre de protons ne varie pas. Donc quand un ion est positif, ce n'est pas qu'il a gagné un proton, c'est qu'il a perdu un électron.

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1.1. Formation des Ions

Dans l'organisme, on retrouve beaucoup d'ions :

• Monoatomiques (composés d'un seul atome) : comme l'ion sodium Na+, l'ion potassium K+, l'ion calcium Ca2+ ou encore l'ion chlorure Cl-
• Polyatomiques (composés de plusieurs atomes) : comme l'ion bicarbonate HCO3- ou l'ion phosphate HPO42-

On place en indice le nombre de chaque type d’atome composant la molécule et en exposant le nombre de charges portés par la molécule. HPO42- signifie donc que cette molécule est composée : d’un atome d’hydrogène (H), d’un atome de phosphore (P), de quatre atomes d’oxygène (O4) et de deux électrons supplémentaires portés par les atomes d'oxygène (2-).

Exemple : l'ion phosphate

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1.2. Liaison ionique

• La liaison ionique résulte du transfert complet d'un électron d’un atome peu électronégatif (comme le sodium Na) vers un atome très électronégatif (comme le chlore Cl), lorsque la différence d’électronégativité est supérieure à 1,7. Le plus électronégatif portant une charge formelle négative et devenant ainsi l’ion chlorure Cl- tandis que le moins électronégatif portant une charge formelle positive et donc devenant l’ion sodium Na+, ils vont s’attirer mutuellement du fait de leur charge de signes opposés.
• Contrairement à la liaison covalente, la liaison ionique n’est pas dirigée ni localisée. C’est-à-dire que tous les anions et les cations d’un cristal s’attirent mutuellement dans toutes les directions de l’espace.

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2. Molécules

Une molécule est un ensemble d’atomes liés par des liaisons covalentes. On distingue deux types de molécules : celles dites « organiques » et celles dites « inorganiques » (ou « minérales »).Molécules organiques :

• Ce sont des molécules composées à la fois d’atomes de carbone et d’hydrogène. Ce sont des molécules que l’organisme peut en général dégrader pour produire de l’énergie.

• Le carbone joue le rôle de « squelette » des molécules sur lequel vont pouvoir venir se fixer des groupes d’atomes appelés « fonctions/groupements organiques ».
• L’hydrogène joue quant à lui le rôle de « complément » des molécules, c’est-à-dire qu’il vient compléter les valences libres des atomes des molécules pour que ceux-ci soient le plus stables possible.

Les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques sont des molécules organiques.

Molécules inorganiques (ou minérales) :

• Ces molécules représentent toutes les autres molécules ne reposant pas sur le carbone et l’hydrogène.
• Ce sont des molécules que l’organisme ne peut dégrader pour produire de l’énergie.

L'eau est la principale molécule minérale rencontrée dans notre organisme.

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3. Formules chimiques

En vidéo :

• On peut décrire les molécules à l’aide de plusieurs formules (styles d’écriture) qui possèdent un niveau de détail plus ou moins élevé.

• Pour faire des comparaisons entre chacune d’entre elles, nous allons à chaque fois écrire la molécule d’eau, la molécule de méthane et la molécule de butane avec ces différentes formules.

3.1. Formule brute

C’est l’écriture la plus compacte pour décrire une molécule. C’est celle qui a été utilisée pour décrire les molécules précédemment citées. Elle nous renseigne uniquement sur les atomes composant la molécule et le nombre de charges positives ou négatives, sans nous indiquer leur agencement.

• Eau : H2O
• Méthane : CH4
• Butane : C4H10

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3. Formules chimiques

3.2. Formule semi-développée

La formule semi-développée ne fait pas apparaître les liaisons covalentes impliquant des atomes d’hydrogène. Ceux-ci sont en effet très représentés dans les molécules organiques et il est donc préférable, pour un gain de temps, d’annoter le nombre d’atomes d’hydrogène lié à chaque autre atome. On s'aperçoit ici qu'il n'y a donc aucune différence entre cette écriture et la formule brute pour la molécule d'eau et la molécule de méthane.

• Eau : H2O
• Méthane : CH4
• Butane : CH3-CH2-CH2-CH3

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3. Formules chimiques

3.3. Formule développée

La formule développée fait apparaître toutes les liaisons covalentes impliquées dans la molécule. C’est l’écriture la plus détaillée, prenant du temps et de la place.

Eau

Méthane

Butane

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3. Formules chimiques

3.4. Formule topologique

La formule topologique est la plus rapide à exécuter mais également la plus délicate à maîtriser. Elle permet, grâce aux sommets d’une lignée brisée, de représenter un atome de carbone et tous les atomes d’hydrogène qui lui sont liés. Pour faire sens, cette formule est donc utilisée dans les molécules comportant un long enchaînement d’atomes de carbone. L’eau et le méthane ne peuvent donc être représentés avec cette formule.

Butane

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4. Fonctions organiques

• Les molécules organiques possèdent, en plus de leur chaîne carbonée, un (ou des) groupement d’atomes appelé « fonction » leur conférant des propriétés spécifiques.

• Cliquer sur "Suivant" pour accéder au tableau présentant ces différentes fonctions.

« R » correspond au reste de la molécule qui n’est pas représenté.