Espèces chimiques et entités microscopiques

À l’état microscopique, la matière est constituée d’entités comme les atomes, les ions monoatomiques ou les molécules qui sont constituées d’atomes liés entre eux par une ou plusieurs liaisons de covalence.

I Atomes et ions monoatomiques

Un atome est une entité électriquement neutre composée d’un noyau atomique et d’électrons qui gravitent autour de ce noyau.

La configuration électronique d’un atome et plus particulièrement sa couche externe lui confère des propriétés qui lui sont propres.

Un atome qui perd ou gagne un ou plusieurs électrons est chargé : c’est un ion monoatomique.

• Un cation est un ion chargé positivement (par exemple, Na+ charge = + 1 : perte de 1 électron).

• Un anion est un ion chargé négativement (par exemple, O^2– charge = −2 : gain de 2 électrons).

Exemples : quelques ions monoatomiques

II Molécules

Une molécule est un ensemble d’atomes (au moins deux) identiques ou non, liés entre eux par une ou plusieurs liaisons de covalence et formant un édifice neutre.

Une liaison de covalence entre 2 atomes correspond à la mise en commun de 2 électrons de leurs couches externes, chaque atome fournissant un électron. Les 2 atomes se partagent les 2 électrons afin de former un doublet d’électrons liant. Le partage de 1, 2 et 3 paires d’électrons s’appelle respectivement « liaison simple », « liaison double » et « liaison triple ».

Une molécule est symbolisée par sa formule brute, construite à partir du symbole des atomes et de leurs nombres respectifs indiqués en indice.

Exemples :

• Molécule de dihydrogène de formule brute H2 : H–H les deux atomes sont liés par un doublet liant, une liaison simple notée par un tiret « – ».

• Molécule de dioxyde de carbone CO2 : O=C=O Le carbone est lié par deux doublets liants aux atomes d’oxygène. On parle de double liaison notée « = ».

Méthode

1 Différencier atome et ion monoatomique

L’atome de soufre $\text{S}_{16}^{32}$ et l’ion sulfure S^2– ont-ils la même masse ? la même configuration électronique ?

Repère
Conseils

Donnez la constitution de l’atome de soufre puis de l’ion sulfure.

Répondez alors en argumentant rigoureusement.

Solution

$\text{S}_{16}^{32}$Z = 16 et A = 32 : le noyau de l’atome de soufre est constitué de 16 protons et de A − Z = 16 neutrons. L’atome étant neutre il y a autant d’électrons qui gravitent autour du noyau que de protons dans ce dernier, soit 16 électrons.

L’ion sulfure S^2– possède le même symbole, caractérisé par le numéro atomique Z. Le noyau de l’ion est identique au noyau de l’atome. Seul le nuage électronique est différent. La charge de l’ion S^2– est de –2, cela signifie qu’il a gagné 2 électrons. L’ion sulfure a donc 18 électrons dans son nuage électronique.

Le noyau est identique dans l’atome et l’ion : il est constitué de 16 protons et 16 neutrons. L’atome et l’ion ont donc la même masse car la masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons.

En revanche, le nuage électronique est différent, donc l’atome et l’ion n’ont pas la même configuration électronique :

– configuration de l’atome S : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴, soit 6 électrons de valence ;

– configuration de l’ion S^2– : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, soit 8 électrons de valence.

2 Donner la formule brute d’une molécule

On donne ci-contre la formule développée de la molécule d’éthanol. Écrire la formule brute de l’éthanol.

Conseils

Comptez tous les atomes ! Pour écrire la formule brute, on commence par le carbone puis l’hydrogène et les autres atomes. Un indice après chaque symbole précise le nombre de chaque atome présent.

Solution

On compte 2 C, 6 H et 1 O soit la formule brute C2H6O (on ne met pas d’indice lorsqu’il n’y a qu’un seul atome comme ici l’oxygène).