Sciences · Chimie
La molécule
Une molécule est un groupe d’au moins deux atomes reliés par des liaisons covalentes, électriquement neutre. C’est la plus petite partie d’un corps pur moléculaire qui en conserve les propriétés chimiques.
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L’eau, le dioxygène que l’on respire, le sucre, l’ADN : tous sont formés de molécules. Une molécule assemble des atomes qui mettent en commun des électrons. Elle peut être minuscule, comme le dihydrogène H₂ (deux atomes), ou gigantesque, comme une molécule d’ADN humain, qui compte des milliards d’atomes. Le mot vient du latin moderne molecula, « petite masse ».
Atome, molécule, ion : les différences
| Entité | Définition | Charge | Exemple |
|---|---|---|---|
| Atome | Plus petite unité d’un élément | Neutre | Fe, He, C |
| Molécule | Atomes liés par des liaisons covalentes | Neutre | H₂O, CO₂, O₂ |
| Ion | Atome ou groupe d’atomes ayant perdu ou gagné des électrons | Positive ou négative | Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻ |
Toutes les substances ne sont pas moléculaires. Le sel de cuisine (NaCl) est un cristal ionique : un empilement régulier d’ions Na⁺ et Cl⁻, sans molécule individuelle. Les métaux et le diamant sont des réseaux d’atomes. On parle alors d'unité formulaire plutôt que de molécule.
Lire une formule chimique
Formule brute
Elle indique la nature et le nombre de chaque atome. Les indices s’écrivent après le symbole ; l’indice 1 ne s’écrit pas.
Un coefficient placé devant la formule indique le nombre de molécules : 3 H₂O désigne trois molécules d’eau, soit 6 atomes H et 3 atomes O.
Formules développée, semi-développée et topologique
- Développée : tous les atomes et toutes les liaisons sont représentés (H–O–H).
- Semi-développée : les liaisons avec l’hydrogène sont omises (CH₃–CH₂–OH pour l’éthanol).
- Topologique : utilisée en chimie organique, elle représente la chaîne carbonée par une ligne brisée ; les atomes de carbone et d’hydrogène ne sont pas écrits.
Deux molécules peuvent avoir la même formule brute mais une structure différente : ce sont des isomères. C₂H₆O correspond à la fois à l’éthanol (CH₃–CH₂–OH, un alcool liquide) et au méthoxyméthane (CH₃–O–CH₃, un gaz).
Molécules courantes
| Nom | Formule | Où la trouve-t-on ? |
|---|---|---|
| Eau | H₂O | Partout ; 60 % environ de la masse du corps humain |
| Dioxygène | O₂ | 21 % de l’air |
| Diazote | N₂ | 78 % de l’air |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Respiration, combustion, effet de serre |
| Méthane | CH₄ | Gaz naturel |
| Ozone | O₃ | Haute atmosphère (couche d’ozone) |
| Ammoniac | NH₃ | Engrais, produits ménagers |
| Éthanol | C₂H₆O | Boissons alcoolisées, biocarburants |
| Glucose | C₆H₁₂O₆ | Sucre du sang, produit de la photosynthèse |
| Saccharose | C₁₂H₂₂O₁₁ | Sucre de table |
| Caféine | C₈H₁₀N₄O₂ | Café, thé |
| Acide acétylsalicylique | C₉H₈O₄ | Aspirine |
Les molécules diatomiques formées de deux atomes identiques sont fréquentes chez les gaz : H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂. C’est pourquoi le gaz oxygène s’appelle dioxygène.
La masse molaire
La masse molaire d’une molécule est la somme des masses molaires atomiques de ses atomes. Elle s’exprime en g/mol et correspond à la masse d’une mole de molécules (6,022 × 10²³ molécules).
Pourquoi les atomes forment-ils des molécules ?
Les atomes se lient pour atteindre une configuration électronique plus stable, en général celle d’un gaz noble : 8 électrons sur la couche externe (règle de l’octet), 2 pour l’hydrogène (règle du duet). Chaque atome forme un nombre de liaisons covalentes qui dépend de ses électrons de valence :
| Atome | Électrons de valence | Liaisons covalentes formées |
|---|---|---|
| Hydrogène (H) | 1 | 1 |
| Oxygène (O) | 6 | 2 |
| Azote (N) | 5 | 3 |
| Carbone (C) | 4 | 4 |
| Chlore (Cl) | 7 | 1 |
Le détail des différents types de liaisons figure dans la fiche liaisons chimiques.
La géométrie des molécules
Les molécules ont une forme dans l’espace, dictée par la répulsion entre les paires d’électrons autour de l’atome central (méthode VSEPR, de Gillespie) :
| Molécule | Forme | Angle entre liaisons |
|---|---|---|
| CO₂ | Linéaire | 180° |
| H₂O | Coudée | ≈ 104,5° |
| NH₃ | Pyramidale | ≈ 107° |
| CH₄ | Tétraédrique | ≈ 109,5° |
La forme compte : c’est parce que la molécule d’eau est coudée qu’elle est polaire, ce qui explique ses propriétés exceptionnelles de solvant (voir l'eau). En biologie, la forme des protéines et des enzymes détermine leur fonction.
Les macromolécules
Certaines molécules, les polymères, sont formées par la répétition d’un motif :
- naturels : amidon et cellulose (chaînes de glucose), protéines (chaînes d’acides aminés), ADN (chaîne de nucléotides) ;
- synthétiques : polyéthylène, PVC, nylon, polyester.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre une molécule et un atome ?
L’atome est l’unité de base d’un élément chimique ; la molécule est un assemblage d’au moins deux atomes liés. L’oxygène atomique (O) et le dioxygène (O₂) sont deux entités différentes.
Le sel est-il une molécule ?
Non. Le chlorure de sodium est un solide ionique formé d’ions Na⁺ et Cl⁻ empilés en réseau. Sa formule NaCl indique seulement la proportion des ions.
Quelle est la plus petite molécule ?
Le dihydrogène H₂, formé de deux atomes d’hydrogène, est la molécule neutre la plus petite et la plus légère (2 g/mol).
Quelle est la taille d’une molécule ?
Une petite molécule comme l’eau mesure environ 0,3 nanomètre. Les protéines mesurent quelques nanomètres ; une molécule d’ADN humain déroulée peut atteindre plusieurs centimètres de long pour 2 nm de large.