Modeles moleculaires

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Les modèle moléculaires
Niveau :
Durée
Prérequis : - notion de molécule (corps simple et corps composé).
- connaître quelques formules moléculaires (H
2
O, NH
3,
CO
2
, CH
3
COOH,
C
2
H
5
OH)
Notion de liaison covalente
Objectifs : savoir réaliser des modèles des atomes
savoir utiliser ces modèles pour construire des molécules
Matériels : ½ kilogramme d’argile.
1 paquet de cure-dents ou des baguettes de bambou
une cuvette d’eau
peinture (blanc, noir, rouge et bleu)
pinceaux
Mots clés : molécule, modèle moléculaire, atome, liaison covalente, tétragonal,
trigonal, diagonal, linéaire
Déroulement:
Activités du professeur Activités des élèves
1° partie Réalisation de modèles
d’atomes
Donnez la formule d’une molécule
d’eau.
Quels sont les éléments qui constituent
cette molécule ?
Combien y a-t-il d’atomes de chaque type ?
Est-ce que vous pouvez dire comment se
disposent les atomes dans l’espace ?
Nous allons construire aujourd’hui des
modèles moléculaires qui nous permettent
de visualiser la géométrie de la molécule
d’eau dans l’espace.
1° présentation de différents types
d’atomes (le carbone, l’oxygène,
l’hydrogène, le chlore, l’azote).
a) atome de carbone
Le professeur distribue la fiche,
« présentation de quelques molécules »
Le professeur montre le schéma numéro 1
Que représente ce schéma ?
Que représente chaque sphère ?
Que font les atomes pour constituer une
molécule ?
C’est H
2
O
Hydrogène et oxygène.
Il y a deux atomes d’hydrogène et un
atome d’oxygène.
non.
Il représente une molécule.
Elle représente un atome d’un élément
chimique
Ils se lient entre eux par des liaisons pour
former une molécule

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Dans le schéma que représente la droite qui
relie deux atomes ?
Dans cette molécule numéro 1, combien y
a-t-il d’atomes ?
Combien y a-t-il d’atomes de chaque type ?
Donnez la formule moléculaire ?
Quel est ce corps ?
Quelle forme géométrique constituent les
centres des atomes d’hydrogène ?
Où se trouve l’atome de carbone ?
Comment sont les liaisons carbone–
hydrogène ?
C’est la liaison..
Il y a 5 atomes.
Il y a 1 atome de carbone et 4 atomes
d’hydrogène.
CH
4
C’est le méthane.
Ils constituent un tétraèdre.
Il est au centre du tétraèdre.
Elles sont simples et de même longueur.
Dans le document numéro 1, l’atome de carbone est un atome de carbone
tétragonal, il a des liaisons simples avec les autres atomes
Le professeur montre le schéma numéro 2
Quels sont les éléments qui constituent
cette molécule ?
Combien d’atomes de chaque type
repérez-vous ?
Quelle est la formule moléculaire de ce
corps ?
Quel est ce corps ?
Comment est la liaison entre les atomes de
carbone et d’hydrogène ?
Comment est la liaison entre les atomes de
carbone ?
Quelle est la valeur de l’angle HCH ?
et celle de l’angle HCC ?
Quelle est la longueur de la liaison C=C et
C-H ?
A quelle figure géométrique appartiennent
les centres des atomes de la molécule
d’éthylène ?
C’est le carbone et l’hydrogène.
Il y a 2 atomes de carbone et 4 atomes
d’hydrogène.
C
2
H
4
C’est l’éthylène.
C’est une liaison simple
C’est une liaison double
120°
120°
134 pm et 110 pm
Ils appartiennent à un plan.
Dans la molécule d‘éthylène, les deux atomes de carbone sont liés par une
double liaison et les liaisons carbone–hydrogène sont simples : les atomes
de carbone sont des carbone trigonaux.
Schéma numéro 3
Quels sont les éléments qui constituent ce
corps ?
Combien d’atomes de chaque type repérez-
vous ?
C’est le carbone et l’hydrogène
il y a deux atomes de carbone et deux
atomes d’hydrogène.

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Quelle est la formule moléculaire de ce
corps ?
Quel est ce corps ?
Comment est la liaison entre les atomes de
carbone et d’hydrogène ?
Comment est la liaison entre les deux
atomes de carbone ?
Quelle est la valeur de l’angle HCC ?
Quelle est la longueur de la liaison carbone
carbone ?
Comment sont disposés les centres des
atomes de cette molécule ?
C’est C
2
H
2
C’est l’acétylène.
C’est une liaison simple.
C’est une liaison triple
180°
121 pm
Ils sont sur la même droite. On dit que la
molécule est linéaire.
Dans la molécule d‘acétylène, (document n° 3) les deux atomes de
carbone sont liés par une triple liaison et les liaisons carbone–hydrogène
sont simples : Chaque atome de carbone est une atome de carbone « digonal »
b) atome d’azote
Schéma N° 4
Quels sont les éléments qui constituent
ce corps ?
Donnez la formule moléculaire.
Quel est ce corps ?
Quelle forme géométrique constituent les
centres des atomes ?
Comment sont les liaisons
azote-hydrogène ?
quelle est la valeur de l’angle HNH ?
quelle est la longueur de la liaison N-H ?
C’est l’azote et l’hydrogène.
NH
3
C’est l’ammoniac.
Ils constituent une pyramide
elles sont simples
elle est de 107 °
L
N-H
= 100 pm
Dans la molécule d‘ammoniac, l’azote est lié par des liaisons simples aux
trois atomes d’hydrogène. La molécule est une pyramide à base
triangulaire où l’azote occupe le sommet de la pyramide.
c) Atome d’oxygène
Schéma N° 5
Quels sont les éléments qui constituent
cette molécule ?
Combien y a-t-il d’atomes de chaque
type ?
Quelle est la formule moléculaire de
corps ?.
Comment sont les liaisons
oxygène-hydrogène ?
C’est l’oxygène et l’hydrogène.
Il y a 1 atome d’oxygène et 2 atomes
d’hydrogène.
C’est H
2
O.
Elles sont simples.
elle est de 105°

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Quelle forme géométrique constituent le
centre des atomes ? Ils constituent un triangle.
Dans la molécule d’eau, l’atome d’oxygène est lié par des liaisons simples
aux atomes d’hydrogène
Schéma numéro 6
Quels sont les éléments qui constituent
ce corps ?
Combien y a-t-il d’atomes de chaque
type ?
Comment sont les liaisons Carbone-
oxygène ?
Comment sont disposés les centres des
atomes de cette molécule?
C’est le carbone et l’oxygène.
Il y a 1 atome de carbone et deux
d’oxygène.
Ce sont des liaisons doubles.
Ils sont alignés. Ont dit que la molécule est
linéaire.
Dans la molécule de dioxyde de carbone, l’atome d’oxygène est lié par une
double liaison à l’atome de carbone et la molécule est linéaire.
Observez le modèle numéro 1
(molécule de méthane et le modèle
numéro 5 (molécule d’eau : quelle
différence existe-t-il entre ces deux
modèles ?
Le premier modèles (molécule de méthane)
est appelé « modèle éclaté » , le deuxième
Dans la molécule de méthane, la liaison
entre l’atome de carbone et un atome
d’hydrogène est matérialisée par un
segment. dans la molécule d’eau, la liaison
entre un atome d’oxygène et un atome
d’hydrogène n’est pas matérialisée.
Réalisation de modèles d’atomes:
matériel : 200 grammes d’argile bien frais, des cure-dents.
Le professeur montre aux élèves comment faire un atome d’un élément chimique ( il fait une
sphère).
Il demande ensuite aux élèves de faire des modèles d’atomes de tailles différentes pour
représenter des atomes différents. C’est un travail que les élèves doivent faire à la maison.
Chaque groupe d’élèves doit se munir d’environ 500 g d’argile. Le professeur indique le
nombre d’atomes de chaque type à réaliser suivant son besoin.
Exemple : les atomes de carbone, d’azote et d’oxygène sont à peu près de même taille :
modélisez les par des sphères de diamètre 25 mm .
les atomes d’hydrogène sont plus petits et seront modélisés par des sphères de diamètre 15
mm.
Le professeur conseille aux élèves de laisser sécher les modèles à peu près deux heurs (au
soleil) ou 4 heures (à l’ombre). Il ne faut pas qu’ils soient trop secs.
Il indique comment matérialiser les liaisons : on utilise des tiges de bois (cure-dents) qu’on
enfonce dans les sphères d’argile encore tendres en respectant les angles repérés sur les
modèles du document.

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Le professeur demande aux élèves de réaliser un certain nombre d’atomes de chaque type :
exemple :
5 atomes de carbone tétragonal
2 atomes de carbone trigonal
1 atome de carbone digonal
20 atomes d’hydrogène
2 atomes d’oxygène à liaison simple
2 atomes d’oxygène à double liaison
Les atomes seront ensuite peints en respectant les couleurs suivantes :
noir pour les atomes de carbone
blanc pour les atomes dh’ydrogène
rouge pour l’atome d’oxygène
bleu pour l’atome d’azote
Deuxième partie utilisation des modèles
a) première utilisation
Le professeur demande aux élèves de
modéliser les molécules figurées dans le
document.
b) Etude de la famille des alcanes
Le professeur indique que les alcanes sont
des hydrocarbures,c’est à dire que les
molécules sont constituées d’atomes de
carbone et d’hydrogène. Dans les atomes
d’alcane, tous les atomes de carbone sont
tétragonaux.
Le professeur demande :
est-ce que le méthane fait partie des
alcanes ?
Le professeur demande de construire le
modèle moléculaire de l’alcane en C
2
(l’éthane qui possède deux atomes de
carbone)
Il demande la formule brute de cette
molécule (nombre d’atomes de chaque type)
Il présente la notion de formule développée
H H
H  C  C  H
H H
et de formule semi développée
CH3CH3
Il demande aux élèves de chercher le
oui car le méthane répond aux critères
précédents
Les élèves recherchent le modèle
C
2
H
6