Comment sont formées les molécules ? (correction)

Seconde – Sciences Physiques et Chimiques
Activité 2
Correction
1ère Partie : La santé – Chapitre 5
Comment sont formées les molécules ? (correction)
Pistes de réflexion
1. a. Donner la formule et le nom de la molécule présentée sur la figure 1.
Il s’agit de la molécule de dihydrogène H2.
b. Quelle est la structure électronique de l’atome qui constitue cette molécule ?
L’atome d’hydrogène a pour structure électronique (K)1.
2. a. Quelle est celle de l’atome d’hélium 2 He , qui est un gaz noble ?
La structure électronique de l’atome d’hélium 4 est (K)2 (L)2.
b. Rappeler pourquoi les gaz nobles sont particulièrement stables.
Les gaz nobles tirent leur stabilité d’une structure électronique externe particulière : saturée à 2 électrons pour
l’hélium, à 8 électrons pour le néon, et contenant 8 électrons pour tous les autres (on parle des règles du duet
et de l’octet).
3. Afin d’acquérir la même structure électronique que l’atome d’hélium, combien d’électrons manque-t-il
à l’atome de la figure 1 ?
Il manque un électron à l’atome d’hydrogène pour acquérir la structure électronique de l’hélium.
4. Pour obtenir les électrons qui lui manquent, un atome va pouvoir établir des liaisons chimiques avec
d’autres atomes et former une molécule .Pour former une liaison chimique, un atome va mettre en
commun un électron avec un autre atome.
Représenter les deux atomes de la figure 1 par leur symbole chimique en plaçant autour d’eux, sous
forme de points, les électrons de leur couche externe.
H
H
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5. a. On obtient la formule développée de la molécule en reliant par un trait deux électrons partagés par
deux atomes, formant ainsi un doublet d’électrons. Ecrire la formule développée de la molécule de la
figure 1.
H
H
H
H
b. Vérifier que chacun des atomes est maintenant entouré du même nombre d’électrons que l’hélium.
Ce partage implique que les 2 électrons sont mis en commun : il s’agit d’un contrat entre les 2 atomes
d’hydrogène, à peu à la manière de celui qui vous lie au CDI lorsque vous empruntez un ouvrage. Chaque
atome dispose des 2 mêmes électrons, et tout se passe comme si chacun satisfaisait le duet.
6. Appliquer la même démarche pour établir la formule développée de la molécule de la figure 2, sachant
que pour l’atome central, le gaz noble de référence est le néon (Z = 10).
L’atome central est l’atome de carbone, de symbole C et de numéro atomique Z = 6. Sa structure électronique
est (K)2 (L)4.
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
7. Une liaison entre deux atomes est appelée liaison covalente. Pourquoi et comment une liaison
covalente se forme-t-elle ?
Une liaison covalente peut se former entre deux atomes qui n’obéissent pas à la règle de l’octet ou du duet, et
en vue d’y satisfaire. L’atome formera autant de liaisons qu’il lui manque d’électrons pour satisfaire la règle
du duet (atomes de Z inférieur ou égal à 4) ou de l’octet.
Comment visualiser les molécules « en 3D » ?
Principe
Nous allons utiliser le plug-in freeeware Chime (édité par le société américaine Symyx Technology). Une
fois installé, il permet d’afficher des molécules en 3D dans la fenêtre du navigateur. Les molécules sont au
format .pdb . Ce logiciel est le plus répandu car très facile à utiliser.
Mentionnons également l’excellent freeware ChemSketch, plus élaboré, développé par ACDLabs, qui
constitue une véritable suite informatique.
Mise en œuvre
1. Pour chaque molécule, comptabiliser les différents atomes, sachant que les atomes de carbone sont
représentés en gris, ceux d’oxygène en rouge, ceux d’azote en bleu, ceux de chlore en vert et ceux
d’hydrogène en blanc.
éthane : 2 atomes C et 6 atomes H (entrant dans la composition du GPL)
éthène (éthylène) : 2 atomes C et 4 atomes H (base de très nombreuses matières plastiques & polymères)
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éthyne (acétylène) : 2 atomes C et 2 atomes H (utilisé dans les lampes spéléo ou les chalumeaux)
2. En déduire les formules brutes de ces trois molécules.
éthane : C2H6
éthène : C2H4
éthyne : C2H2
3. Donner la formule développée de l’éthane et vérifier que tous les atomes sont entourés de deux ou
de huit électrons sur leur couche externe, comme les gaz nobles.
formule développée de l’éthane (C2H6)
Utiliser la souris pour visualiser le déplacement, le zoom et la rotation de ces trois molécules.
Un clic droit dans l’image permet d’accéder au menu. Choisir l’affichage « Display » pour changer le mode de
représentation de la molécule. Afficher le modèle éclaté « Ball & Stick » (modèle n°1) puis le modèle compact
« Spacefill/Van der Waals Radii » (modèle n°2).
éthane C2H6
éthène ou éthylène C2H4
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éthyne ou acétylène C2H2
Le modèle éclaté donne le détail des liaisons chimiques entre les atomes ; ce détail n’apparaît pas clairement
dans le modèle compact.
Dans les molécules d’éthène et d’acétylène, les atomes de carbone sont liés d’une manière tout à fait
particulière : ils forment des liaisons multiples, en partageant non pas deux, mais quatre ou six électrons
externes entre eux. Ils obéissent ainsi à la règle de l’octet.
formule développée de l’éthène (C2H4)
formule développée de l’acétylène (C2H2)
L’ADN, Acide DésoxyriboNucléique, est souvent appelée « la » molécule de la vie. Découverte par Watson et
Crick en 1953, c’est une macromolécule (très grosse molécule) en forme de double hélice composée d’atomes
très nombreux (il est impossible de réaliser son modèle moléculaire avec les boîtes de modèles du lycée !) Elle
permet le codage des protéines au sein de la cellule : c’est une sorte de livre de recettes qui fournit toutes les
protéines nécessaires au fonctionnement des organismes.
Télécharger le plugin Chime : http://www.inrp.fr/Acces/biogeo//model3d/installechime.htm
Télécharger Chemsketch : http://www.edulyautey.org/~physique/spip.php?article38
Banque de données de molécules en 3D :
http://www.wellesley.edu/Chemistry/Flick/molecules/newlist.html
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