annexe modèles moléculaires
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L.E.T. La Martinière Diderot Différents types de modèles moléculaires Annexe 1 – Différents types de modèles moléculaires Les modèles moléculaires sont les seuls outils dont nous disposions pour 'voir' à quoi les molécules 'ressemblent'. Des méthodes physiques indirectes mais très précises (RMN = Résonance Magnétique Nucléaire, cristallographie et diffraction des rayons X, spectroscopie etc...), associées à des méthodes de modélisation moléculaire fournissent habituellement les données numériques permettant de construire ces modèles. Les modèles moléculaires ne sont rien d'autre que des représentations symboliques des molécules. A ce titre, la modélisation moléculaire utilise un langage de description arbitraire fondé sur des codes de couleurs et de formes reconnus à l'échelon international. I - Codes de couleurs Il y a plusieurs codes de couleurs. Nous utiliserons principalement le code dit CPK (pour Corey, Pauling et Koltun) qui est résumé dans le tableau ci-dessous : carbone (C) gris clair oxygène (O) rouge hydrogène (H) blanc azote (N) bleu clair soufre (S) jaune phosphore (P) orange Le code de couleurs CPK Il existe plusieurs sortes de modèles moléculaires. Ils sont utilisés par les logiciels de visualisation moléculaire et/ou les boîtes de modèles moléculaires : II – Les différents types de modèle Wireframe Les atomes sont représentés par des points joints par des lignes colorées qui simulent les liaisons. Ce mode de représentation est très simple et ressemble à une formule chimique en trois dimensions (sans les symboles). Cette représentation n’est utilisée que par les logiciels. Du fait de sa simplicité, elle économise la mémoire et les ressources vidéo de l'ordinateur et accélère l'affichage à l'écran. Toutefois, sa lisibilité diminue avec la taille des molécules 1/3 L.E.T. La Martinière Diderot Différents types de modèles moléculaires Stick (ou bâtons) C'est une version plus "consistante" du mode Wireframe où les liaisons sont indiquées par des bâtons ("sticks" en anglais) colorés ou des cylindres au lieu de lignes. Ce mode, introduit par Dreiding, est surtout utile quand on veut mettre en évidence la géométrie d'un réseau de liaisons. Il existe également en version plastique ou métallique. Ball and stick (boules et bâtons, appelé aussi modèle éclaté) Dans ce mode, chaque atome est figuré par une sphère de diamètre arbitraire. Les couleurs obéissent au code CPK déjà décrit. Les liaisons sont représentées par des bâtons de mêmes couleurs que les atomes correspondants. Cette manière de représenter les molécules est surtout utile pour montrer leur composition atomique globale car elle met bien en évidence le codage des couleurs. C'est aussi le standard utilisé par les modèles en bois ou en plastique utilisés en chimie dans les lycées et collèges. Compact (compact) Ces modèles, introduits par Corey, Pauling et Koltun, sont également connus sous le nom de CPK (d'après les initiales des inventeurs). Cette représentation est particulièrement utile pour montrer les volumes et les formes. Ils utilisent simultanément les rayons de Van der Waals Rvdw (représentant « l’encombrement spatial » du nuage électronique de l’atome) et les rayons de covalence Rcov (représentant la distance internucléaire entre deux atomes liés). En effet, on bâtit en premier lieu pour chaque atome une sphère dure de rayon égal à Rvdw, puis on tronque ces sphères par des plans dont la distance au centre est égale à Rcov. Les sphères s’emboîtent ensuite plan contre plan. Ainsi, la distance entre deux atomes liés est bien la somme des rayons covalents, tandis qu’on a bien une estimation du volume réel de l’ensemble. Les angles de liaison correspondent aux angles idéaux prévus par la théorie VSEPR ; par exemple, la molécule d’eau H2O correspond en première approximation à un oxygène tétragonal. Rvdw Rcov a) b) a) Troncature de l’atome d’oxygène dans un modèle moléculaire compact b) Modèle moléculiare compact de la molécule d’eau. 2/3 L.E.T. La Martinière Diderot Différents types de modèles moléculaires III – Les boîtes de modèles moléculaires « matériels » Une boîte de modèles moléculaires contient généralement différentes sortes de boules pour un même atome. Exemple : la géométrie autour d’un atome de carbone entouré de 4 liaisons covalentes peut-être : - Tétraédrique : le carbone se trouve au centre d’un tétraèdre (c’est un carbone tétragonal) ; le carbone possède alors 4 liaisons simples ; - Triangulaire : le carbone se trouve au centre d’un triangle (c’est un carbone trigonal) ; il possède alors 1 liaison double et 2 liaisons simples ; - Linéaire : la géométrie autour du carbone est linéaire (c’est un carbone digonal) ; il possède alors 1 liaison triple et 1 liaison simple. Pour représenter un atome de carbone, 3 sortes de boules peuvent exister : elles sont toutes noires, mais elles diffèrent en fonction de la géométrie du carbone (et donc en fonction de la multiplicité des liaisons qui entourent le carbone. Pour savoir quelle boule choisir, il faut d’abord connaître la multiplicité des liaisons autour du carbone (soit la structure de Lewis de la molécule). Les notices accompagnant les boîtes de modèles indiquent ensuite le type de boule à choisir. Il en est de même pour les atomes autres que le carbone. Pour auto-évaluer ses connaissances des modèles moléculaires (niveau basique) : http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/phch/college/quatrieme/exos_interactifs/C3AtomeMolecule/Atome/Atome.htm (couleur et symbole des éléments) http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/phch/college/quatrieme/exos_interactifs/C3AtomeMolecule/Molecule/Molecule.htm (modèles moléculaires, formules brutes et nomenclature de molécules simples) 3/3
