Les molécules et les quantités de matière

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OBJECTIFS DU CHAPITRE
•Savoir écrire la formule d’une molécule.
•Savoir calculer des concentrations molaires et massiques.
•Savoir faire une dilution.
•Connaître le matériel utilisé pour une extraction.
Les molécules
et les quantités
de matière
CHAPITRE
CHAPITRE
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9
9
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1. L’eau de mer est salée. Quelle est la nature du solvant et celle du soluté principal ?
2. Pourquoi peut-on dire à propos des molécules d’eau « deux éléments et trois atomes ? »
Réponses à la page 128
QUESTIONS
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COMPRENDRE LA STRUCTURE
D’UNE LIAISON COVALENTE
Activité 1
Document 1 La molécule d’eau
À l’aide du document 1, complétez les phrases suivantes.
a) Une liaison covalente est la mise en commun d’une paire d’électrons entre deux
atomes.
b) Une molécule est électriquement neutre .
c) Un doublet liant est formé de 2électrons mis en commun par 2 atomes.
• Une molécule d’eau est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.
Un atome d’oxygène (16
8O)possède deux doublets et 2 électrons célibataires sur sa couche
externe. Deux électrons lui sont nécessaires pour saturer sa couche électronique externe.
Un atome d’hydrogène (1
1H)possède 1 seul électron. Il lui manque un électron pour saturer
sa couche électronique externe.
Pour former une molécule d’eau, un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène se lient en partageant
leurs électrons célibataires.
• Les électrons partagés forment des doublets appelés doublets liants et constituent une liaison covalente
(ou
liaison de covalence ). Les doublets non partagés de l’atome d’oxygène sont des doublets non-liants.
Pour former des molécules, les atomes forment des liaisons covalentes simple, double ou triple, ils
partagent une, deux ou trois paires d’électrons afin de saturer leur couche électronique externe.
• Formées d’atomes électriquement neutres, les molécules sont également électriquement neutres.
H
HH
H
O OO
H
HO
H
O
Document 2 La molécule de dioxyde de carbone
Combien y a-t-il de doublets liants au total dans une molécule de dioxyde de carbone?
Il y a 4 doublets liants.
Quelle est la nature de la liaison entre un atome d’oxygène et l’atome de carbone ?
C’est une liaison covalente double.
Combien de doublets liants participent à cette liaison?
2 doublets liants participent à cette liaison.
Quels sont les atomes porteurs de doublets non-liants dans une molécule de dioxyde de
carbone?
Ce sont les atomes d’oxygène.
4
3
2
1
• Le dioxyde de carbone, encore appelé gaz carbonique est un gaz incolore et inodore dont la concen-
tration, en constante augmentation, dans l’atmosphère terrestre contribue au réchauffement climatique.
Au cours des combustions, deux atomes d’oxygène s’associent à un atome de carbone pour former une
molécule de dioxyde de carbone.
• La formule de Lewis d’une molécule de dioxyde de carbone est représentée
ci-contre.
OO C
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CHAPITRE 9•Les molécules et les quantités de matière
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Activité 2SAVOIR REPRÉSENTER UNE MOLÉCULE
PAR SA FORMULE DE LEWIS
Représentez la formule de Lewis d’une molécule de dihydrogène (2 atomes d’hydrogène).
•Formule de Lewis des atomes :
•Nombre d’électrons sur les couches externes : 2.
•Nombre de doublet(s) à répartir : 1.
Représentez la formule de Lewis d’une molécule de méthane (un atome de carbone et 4
atomes d’hydrogène).
•Formule de Lewis des atomes :
•Nombre d’électrons sur les couches externes : 8.
•Nombre de doublet(s) à répartir : 4.
Représentez la formule de Lewis d’une molécule de dichlore (2 atomes de chlore).
•Formule de Lewis des atomes :
•Nombre d’électrons sur les couches externes : 14 .
•Nombre de doublet(s) à répartir : 7.
3
2
1
L’ammoniac est un gaz employé dans la fabrication d’engrais et d’explosifs, il peut aussi être
utilisé dans des installations de réfrigération comme fluide frigorigène. Une molécule d’am-
moniac est composée de trois atomes d’hydrogène et d’un atome d’azote.
Déterminons sa formule de Lewis.
1. Écrivez la représentation de Lewis de tous les atomes constituant la molécule.
Une molécule d’ammoniac est formée à partir d’un atome d’azote et de trois atomes d’hydrogène.
2. Additionnez le nombre d’électrons de la couche externe de chacun des atomes qui consti-
tuent la molécule.
Pour la molécule d’ammoniac: 5 + 1 + 1 + 1 = 8 électrons.
3. Divisez ce nombre par deux pour obtenir le nombre de doublets.
= 4. Il y a 4 doublets à répartir.
4. Répartissez les doublets entre les doublets non-liants portés par un seul atome et les dou-
blets liants entre deux atomes. Vérifiez que tous les atomes d’hydrogène partagent un seul doublet
et que tous les autres atomes respectent la règle de l’octet en s’entourant de quatre doublets.
Chaque atome d’hydrogène partage un seul doublet.
Quatre doublets entourent l’atome d’azote.
Les règles de l’octet et du duet sont bien respectées.
N
H
H
H
8
ᎏ
2
N H H H
MÉTHODE Déterminer une molécule par sa formule de Lewis
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CONSTRUIRE LE MODÈLE MOLÉCULAIRE
D’UNE MOLÉCULE
Activité 3
Matériel
Une boîte
de modèles
atomiques
(des atomes
d’hydrogène,
de carbone,
d’oxygène,
de soufre et
de chlore)
Un modèle
moléculaire
de la molécule
d’éthanol
M OD E OP ÉR ATOI R E E.
Pour représenter les atomes, on utilise des boules de couleurs différentes, appelées
modèle atomique. Chaque atome possède une couleur caractéristique:
Le modèle de la molécule d’éthanol représenté ci-contre est constitué
de 2 boules noires, 6 boules blanches et 1 boule rouge. Une molécule
d’éthanol est constituée de 2 atomes de carbone, 6 atomes d’hydro-
gène et 1 atome d’oxygène. La formule de la molécule d’éthanol est
C2H6O.
•À l’aide de modèles atomiques, construisez les modèles moléculaires représentés ci-
dessous.
Molécule Molécule Molécule de Molécule
d’ammoniac d’eau chlorure de dioxyde
d’hydrogène de carbone
OB S E R VATI ON E.
•Observez les modèles moléculaires que vous avez construits.
CO NC LU S I ON E.
•La formule d’une molécule d’ammoniac est: NH3.
•La formule d’une molécule d’eau est: H2O.
•La formule d’une molécule de chlorure d’hydrogène est: HCl .
•La formule d’une molécule de dioxyde de carbone est: CO2.
Attention :
•Un atome peut parfois en cacher un autre… Les trois dessins ci-dessous sont ceux du
même modèle de la molécule de propane (C3H8)…
•Deux molécules peuvent être composées des mêmes atomes assemblés différemment,
les modèles ci-dessous représentent le propanal à gauche et la propanone à droite qui
ont tous deux pour formules C3H6O.
Nature de
l’atome Hydrogène Carbone Oxygène Soufre Chlore Azote
Couleur de la
boule blanche noire rouge jaune verte bleue
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CHAPITRE 9•Les molécules et les quantités de matière
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Activité 4CALCULER UNE MASSE MOLAIRE
MOLÉCULAIRE
Document 1 La mole et la masse molaire atomique
•La masse d’un atome de l’élément naturel le plus
lourd, l’uranium, est de l’ordre de 4 ×10– 25 kg. Un
kilogramme d’uranium contient environ 2,5 ×1024
atomes. Afin d’éviter de manipuler des nombres
d’atomes gigantesques, les chimistes ont défini une
nouvelle quantité de matière : la mole dont le sym-
bole est mol. Une mole d’entités chimiques
(atomes, ions ou molécules) correspond à
6,02 ×
1023 entités. On écrit : ᏺA= 6,02 ×1023 mol– 1,
ce
nombre s’appelle la constante d’Avogadro.
•La masse molaire atomique Md’un élément est
la masse d’une mole d’atomes de cet élément, elle
s’exprime en gramme par mole (g/mol).
Les masses molaires sont indiquées dans la clas-
sification périodique des éléments.
Le symbole d’un élément représente également une
mole d’atomes de cet élément.
Masse molaire
atomique du chlore
M(Cl) = 35,5 g/moL
Cl
35
17
35,5
Chlore
Complétez les phrases suivantes.
a) La masse molaire atomique du cuivre est M(Cu) = 63,5 g/mol.
63,5 g est la masse d’une mole d’atomes de cuivre, c’est-à-dire la masse de 6,02.1023 atomes
de cuivre.
b) Le symbole Ca représente l’élément calcium et aussi une mole d’atomes
de cet élément.
Recherchez dans la classification périodique (rabat de couverture I) les masses molaires
atomiques suivantes.
M(H) = 1 g/mol M(C) = 12 g/mol M(O) = 16 g/mol
2
1
Document 2 Masse molaire moléculaire
•La masse d’une mole de molécules est appelée
masse molaire moléculaire : elle est égale à la
somme des masses molaires atomiques des atomes
qui composent cette molécule.
Modèle moléculaire d’une molécule de méthane
•Une molécule de méthane (CH4) est composée
d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hy-
drogène.
Calcul de la masse molaire moléculaire du
méthane :
M(CH4)=1×M(C) + 4 ×M(H)
M(CH4)=1×12+4×1 = 16.
La masse molaire moléculaire du méthane est
M(CH4) = 16 g/mol.
À l’aide du document 2, calculez les masses
molaires moléculaires du dioxygène,
de l’eau et de l’aspirine.
M(O2) = 2¥16 M(O2) = 32 g/mol.
M(H2O) = 2¥1+1¥16 M(H2O) = 18 g/mol.
M(C9H8O4) = 9¥12+8¥1+4¥16.M(C9H8O4) = 180 g/mol.
Modèles moléculaires des molécules
de dioxygène, d’eau et d’aspirine
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