4ᵉ · Physique-Chimie · Constitution & transformations de la matière
Tout ce qui nous entoure — l'air, l'eau, le fer, ton corps — est fait de minuscules grains appelés atomes. Ces atomes s'assemblent pour former des molécules. Une molécule est donc un groupe d'atomes liés entre eux.
Un atome est lui-même constitué d'un noyau, tout petit et situé au centre, autour duquel se déplacent des électrons. Le noyau porte une charge électrique positive, les électrons une charge négative. Globalement l'atome est neutre : autant de charges + que de charges −. L'essentiel de l'atome est du vide entre le noyau et les électrons.
Chaque type d'atome possède un symbole : une lettre majuscule, parfois suivie d'une seconde lettre minuscule.
On décrit une molécule par sa formule chimique : les symboles des atomes qui la composent, avec un petit chiffre en bas (l'indice) qui indique combien il y en a.
Règle importante : l'indice écrit en bas à droite d'un symbole ne s'applique qu'à cet atome-là. Quand il n'y a pas d'indice, cela veut dire un seul atome. Ainsi, dans H₂O il y a 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène, soit 3 atomes en tout.
Le grand chiffre écrit devant la formule est le coefficient : il indique le nombre de molécules. Pour 3 H₂O, on a 3 molécules d'eau, donc 3 × 3 = 9 atomes au total.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Regarde autour de toi : l'air que tu respires, l'eau que tu bois, la table, ton téléphone, ton propre corps. Tout, absolument tout, est fabriqué à partir des mêmes petites briques : les atomes.
Il n'existe qu'une centaine de sortes d'atomes différents, et pourtant ils suffisent à construire tout l'Univers, un peu comme les 26 lettres de l'alphabet suffisent à écrire tous les livres. Quand des atomes s'assemblent, ils forment des molécules. L'eau, par exemple, est une molécule faite de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène : c'est ce qu'on écrit H deux O.
Le gaz que tu expires en respirant, le dioxyde de carbone, s'écrit C O deux. Comprendre les atomes et les molécules, c'est apprendre la grammaire de la matière : c'est la base de toute la chimie, celle qui permet de fabriquer des médicaments, des plastiques ou du carburant.
Commençons par la plus petite brique : l'atome. Un atome est incroyablement petit, bien trop petit pour être vu, même au meilleur microscope de ta classe. Si on pouvait zoomer très fort à l'intérieur, on verrait deux parties.
Au centre, un tout petit noyau, très dense, qui porte une charge électrique positive. Autour du noyau, à bonne distance, se déplacent des électrons, minuscules et chargés négativement. Entre le noyau et les électrons, il n'y a que du vide : l'atome est presque entièrement vide !
Autre point essentiel : un atome possède autant de charges positives que de charges négatives. Les plus et les moins se compensent exactement, alors on dit que l'atome est électriquement neutre.
Les chimistes du monde entier utilisent les mêmes symboles pour désigner les atomes, quelle que soit leur langue. Chaque type d'atome a son symbole : une lettre majuscule, parfois suivie d'une seconde lettre, elle en minuscule. Par exemple, l'atome d'hydrogène s'écrit grand H, l'oxygène grand O, le carbone grand C, l'azote grand N.
Certains ont deux lettres : le fer s'écrit F majuscule, e minuscule, et le chlore C majuscule, l minuscule. Attention à bien respecter les majuscules et les minuscules : c'est comme l'orthographe des atomes. Grand C tout seul, c'est le carbone ; mais Co, avec un o minuscule, désignerait un autre atome, le cobalt.
Un petit détail qui change tout.
Une molécule est un groupe d'atomes liés entre eux. Pour la décrire, on écrit sa formule chimique. C'est simple : on met les symboles des atomes présents, et derrière chaque symbole, en tout petit et en bas, un indice qui dit combien il y en a.
Prenons l'eau : sa formule est H deux O. Cela signifie deux atomes d'hydrogène, écrits H avec un petit deux, et un atome d'oxygène, écrit O tout seul. Le dioxyde de carbone, c'est C O deux : un atome de carbone et deux atomes d'oxygène.
Le dioxygène, le gaz de l'air que tu respires, s'écrit O deux : deux atomes d'oxygène accrochés ensemble. Retiens la règle d'or : quand il n'y a pas d'indice, cela veut dire un seul atome. Pas de petit chiffre égale un.
Savoir lire une formule, c'est surtout savoir compter les atomes. Deux règles suffisent. Première règle : l'indice, le petit chiffre en bas, ne compte que l'atome juste avant lui.
Dans H deux O, le deux ne concerne que le H : donc deux hydrogènes, et un seul oxygène, ce qui fait trois atomes en tout dans une molécule d'eau. Deuxième règle : le grand chiffre écrit devant la formule, on l'appelle le coefficient, indique le nombre de molécules. Si j'écris trois H deux O, cela veut dire trois molécules d'eau.
Comme chaque molécule contient trois atomes, j'en ai trois fois trois, soit neuf atomes au total. Pour trouver le nombre total d'atomes, on multiplie donc le nombre d'atomes d'une molécule par le nombre de molécules. Une multiplication, rien de plus.
12 des 33 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.