Objectifs

• Savoir que la matière est formée de molécules, elles-mêmes formées d'atomes.
• Connaître les symboles de quelques atomes et le code couleur des modèles moléculaires.
• Lire et écrire une formule chimique, et compter les atomes d'une molécule.
• Distinguer corps pur simple, corps pur composé et mélange.
• Comprendre qu'au cours d'une transformation chimique, les atomes se réarrangent sans disparaître.

1. La matière est faite de molécules

Une molécule est la plus petite particule d'un corps pur qui garde ses propriétés. L'eau est formée de molécules d'eau, toutes identiques ; le sucre, de molécules de sucre.

Les molécules sont extrêmement petites : une seule goutte d'eau en contient bien plus d'un milliard de milliards.

2. Les atomes, briques de la matière

Les molécules sont formées d'atomes liés entre eux. Il existe un peu plus d'une centaine de sortes d'atomes (118 sont connues aujourd'hui). Un atome est encore beaucoup plus petit qu'une molécule : son diamètre est de l'ordre de \(10^{-10}\) m, soit un dix-milliardième de mètre.

Chaque sorte d'atome a un symbole : une lettre majuscule, parfois suivie d'une lettre minuscule. Dans les modèles moléculaires, chaque atome est une boule de couleur conventionnelle :

3. Molécules et formules chimiques

Dans une formule chimique, on écrit les symboles des atomes ; le petit chiffre en bas à droite (l'indice) donne le nombre d'atomes de la sorte qui le précède. L'indice 1 ne s'écrit pas.

• \(\ce{H2O}\) (eau) : 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène.
• \(\ce{O2}\) (dioxygène, celui que nous respirons) : 2 atomes d'oxygène.
• \(\ce{CO2}\) (dioxyde de carbone) : 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène.
• \(\ce{CH4}\) (méthane, le gaz du biogaz) : 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène.
• \(\ce{C4H10}\) (butane, le gaz des bouteilles de cuisine) : 4 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène.

Voici le modèle d'une molécule d'eau. Place les bons noms sur le schéma :

Rappel du code couleur : rouge pour l'oxygène, blanc pour l'hydrogène. La molécule d'eau est coudée, en forme de V.

Exemple résolu : compter les atomes

Combien d'atomes de chaque sorte, et combien d'atomes au total, dans une molécule d'éthanol \(\ce{C2H6O}\) ? Cherche d'abord.

Exemple résolu : plusieurs molécules

Un chiffre placé devant la formule (le coefficient) indique le nombre de molécules. Combien d'atomes d'hydrogène et d'oxygène dans \(\ce{3 H2O}\) ?

4. Corps purs simples, corps purs composés, mélanges

• Corps pur : formé d'une seule sorte de molécules (ou d'atomes). Exemple : l'eau distillée.
• Corps pur simple : ses molécules ne contiennent qu'une seule sorte d'atome : \(\ce{O2}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{H2}\), le fer \(\ce{Fe}\), le cuivre \(\ce{Cu}\).
• Corps pur composé : ses molécules contiennent au moins deux sortes d'atomes : \(\ce{H2O}\), \(\ce{CO2}\), \(\ce{CH4}\).
• Mélange : plusieurs sortes de molécules. L'air est un mélange, surtout de diazote \(\ce{N2}\) (environ 78 %) et de dioxygène \(\ce{O2}\) (environ 21 %).

5. Les atomes dans une transformation chimique

Lors d'une transformation chimique, les molécules des réactifs se cassent et leurs atomes se réassemblent autrement pour former de nouvelles molécules : les produits. Les atomes ne disparaissent pas et n'apparaissent pas ; c'est pourquoi la masse totale se conserve.

Combustion du charbon de bois (carbone) dans le fourneau :

Exemple résolu : la combustion du méthane

Le méthane du biogaz brûle dans le dioxygène :

Vérifie que les atomes sont conservés. Cherche d'abord, puis dévoile les étapes.

Récapitulatif

• La matière est formée de molécules, elles-mêmes formées d'atomes.
• Chaque atome a un symbole (H, C, O, N…) et une couleur dans les modèles.
• Une formule chimique indique les atomes d'une molécule et leur nombre (indices).
• Corps pur simple : une seule sorte d'atome ; corps pur composé : plusieurs sortes ; mélange : plusieurs sortes de molécules.
• Dans une transformation chimique, les atomes se réarrangent et sont conservés.