Molécule

Une molécule est un assemblage d'atomes dont la composition est donnée par sa formule chimique. Le mot molécule vient du latin molecula/moles désignant une petite masse de matière, ou un grain de matière.

Une molécule est un granule de matière susceptible de se déplacer parmi d'autres. Cet assemblage n'est pas définitif, il est susceptible de subir des modifications, c'est-à-dire de se transformer en une ou plusieurs molécules autres ; une telle transformation est nommée réaction chimique.

En revanche, les atomes qui la forment sont des particules bien plus stables, qui se conservent durant une réaction chimique car la transformation d'atomes, nommée transmutation, nécessite des apports d'énergie bien plus importants faisant l'objet des réactions nucléaires.

Exemples de formule chimique :

• la molécule de méthane CH₄ est constituée d'un atome de carbone (C) et de quatre atomes d'hydrogène (H)  ;
• la molécule de dioxygène O₂ est constituée de deux atomes d'oxygène (O).

Ordonnancement des molécules

Les molécules d'un corps sont en agitation permanente (sauf au zéro absolu). Cette agitation, nommée mouvement brownien, a été décrite la première fois par Robert Brown en 1821 dans les liquides (mais expliquée presque 100 ans plus tard).

Lorsque le corps est à l'état de gaz, les molécules sont particulièrement espacées, particulièrement agitées, avec des mouvements désordonnés génèrés par les chocs entre elles ou avec les corps solides avec lesquelles elles sont en contact (parois).

Lorsque le corps est à l'état liquide, l'espace entre les molécules est bien plus restreint, l'agitation bien plus lente.

À l'état solide, les molécules sont rangées selon un empilement, régulier ou non, et vibrent autour d'une position moyenne.

La température d'un corps donne une indication du degré d'agitation des molécules.

Les forces d'interaction de particulièrement faible intensité qui s'exercent à distance entre les molécules, nommées forces de Van der Waals conditionnent ces arrangements et donc les propriétés physiques des composés moléculaires. Ainsi, par exemple, les propriétés physiques exceptionnelles de l'eau sont dues pour énormément aux liaisons hydrogène.

Stabilité des molécules

Les molécules sont des ensembles a priori électriquement neutres, dans lesquels les atomes sont liés entre eux surtout par des liaisons covalentes, (il existe de nombreux exemples d'assemblages supra-moléculaires par liaisons Van der Waals, hydrogène ou ioniques), où apparaissent quelquefois des dissymétries électroniques pouvant aller jusqu'à donner des ions par solvatation (solvants polaires). Par conséquent, on doit conclure que le dihydrogène (H₂), le dichlore, le difluor et tant d'autres gaz diatomiques, sont électriquement neutres. Ce qui laisse entendre que quand ils sont isolés, ils sont zérovalents, pour respecter l'équivalence qu'il doit y avoir dans toute équation équilibrée en charges et globalement neutre comme : 2 H₂ + O₂ = 2H₂O. Ici, dans la partie des réactants, le dihydrogène et le dioxygène sont des molécules isolées et par conséquent n'ont pas de charge propre, comme H₂O (bien que molécule polaire). L'équation chimique vérifie par conséquent la neutralité de la charge globale.

La forme et la taille d'une molécule (ou de l'une de ses parties) peut jouer un rôle dans son aptitude à réagir. La présence de certains atomes ou groupes d'atomes à l'intérieur d'une molécule joue un rôle majeur dans sa capacité à se rompre ou à fixer d'autres atomes issus d'autres corps, c'est-à-dire à se transformer pour donner naissance à d'autres molécules.

Les différents modes de représentation des molécules sont conçus pour expliciter les différents sites réactifs ; certains enchaînements d'atomes, nommés groupes fonctionnels produisent ainsi des similitudes de propriétés, tout spécifiquement dans les composés organiques.

Les macromolécules

Les molécules possédant au moins plusieurs dizaines d'atomes sont nommées macromolécules.

Exemples : Les matières plastiques sont faites principalement de chaînes d'atomes de carbone pouvant contenir plusieurs dizaines de milliers d'atomes, d'où des propriétés physiques particulièrement intéressantes. Les protéines, les lipides, les sucres, les acides nucléiques tel l'ADN et autres biomolécules de grandes tailles sont aussi des macromolécules où la grande variété des liaisons chimiques internes induisent une réactivité chimique fréquemment particulièrement sélective jouant un rôle majeur dans l'activité biologique des êtres vivants.

Les corps non moléculaires

Il existe deux autres grandes catégories de corps purs non moléculaires :

• les métaux, qui contiennent une seule sorte d'atomes tous liés les uns aux autres par mise en commun globale et délocalisée d'électrons, nommée liaison métallique,
• les composés ioniques qui regroupent des atomes (ou groupement d'atomes) dont certains supportent un excès d'électrons (anions) répartis parmi d'autres acceptant un déficit d'électrons (cations), la cohésion de la totalité est alors assurée par les forces électriques présentes et nommée liaison ionique.

Les molécules dans l'espace

Les couches externes des étoiles contiennent, malgré les températures extrêmes qui y règnent, des molécules particulièrement robustes comme le monoxyde de carbone.

Les comètes et les atmosphères gazeuses des planètes contiennent une plus grande variété de molécules.

Dans l'espace interstellaire, où la probabilité de rencontre entre atomes est particulièrement faible, on trouve des assemblages instables (radicaux) d'une diversité restée longtemps inconnue qui est peut-être à l'origine des premières molécules du monde du vivant.

Éléments historiques

Le concept de molécule a été présenté la première fois en 1811 par Amedeo Avogadro, qui a su surmonter la confusion faite à cette époque entre atomes et molécules, à cause des lois des proportions définies et multiples de John Dalton (1803-1808).

L'analyse d'Avogadro a été acceptée par énormément de chimistes, à des exceptions notables (Boltzmann, Maxwell, Gibbs). Mais l'existence des molécules est restée en discussion ouverte dans la communauté scientifique jusqu'au travail de Jean Perrin (1911) qui a alors confirmé expérimentalement l'explication théorique du mouvement brownien en termes d'atomes proposée par Albert Einstein (1905). Jean Perrin^[1] a aussi recalculé le nombre d'Avogadro par plusieurs méthodes.

Notes et références

Liens externes

• vidéo en 3D, vulgaris-medical. com
• (fr) Site éducatif sur la chimie | tiré de la totalité www. educations. net

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