Molécule

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Une molécule est un assemblage d'atomes dont la composition est donnée par sa formule chimique.

Le mot molécule vient du latin molecula/moles désignant une petite masse de matière, ou un grain de matière.

Exemples :

la molécule de méthane CH₄ est constituée d'un atome de carbone (C) et de quatre atomes d'hydrogène (H) ;
la molécule de dioxygène O₂ est constituée de deux atomes d'oxygène (O).

Une molécule est un granule de matière susceptible de se déplacer parmi d'autres. Cet assemblage n'est pas définitif, il est susceptible de subir des modifications, c'est à dire de se transformer en une ou plusieurs molécules autres ; une telle transformation est appelée réaction chimique.

En revanche, les atomes qui la constituent sont des particules beaucoup plus stables, qui se conservent durant une réaction chimique car la transformation d'atomes, appelée transmutation, nécessite des apports d'énergie beaucoup plus importants faisant l'objet des réactions nucléaires.

[modifier] Les composés moléculaires

Un corps constitué de molécules est appelé composé moléculaire. La plupart des corps liquides ou gazeux (dans les conditions usuelles de température et de pression) et les constituants des êtres vivants sont des composés moléculaires.

Exemples : le gaz oxygène, le gaz hydrogène, le gaz azote, l'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, le butane, le propane, l'ammoniac, le gaz chlore et l'éthanol sont des composés moléculaires courants.

Dans quelques grammes d'un tel corps, il y a des millions de milliards de milliards de molécules (voir nombre d'Avogadro).

Un corps pur moléculaire ne contient qu'une seule sorte de molécule ; sa formule chimique est alors confondue avec celle des molécules qui le constitue. Le nom chimique d'un tel corps permet, à la différence du nom commun, de connaître la constitution des molécules, et aussi d'éviter la confusion avec le nom donné aux éléments chimiques. Exemple : le gaz dioxyde de carbone est appelé dioxyde pour rappeler qu'il y a deux oxygene (CO2)

[modifier] Ordonnancement des molécules

Les molécules d'un corps sont en agitation permanente (sauf au zéro absolu). Cette agitation, appelée mouvement brownien, a été décrite la première fois par Robert Brown en 1821 dans les liquides (mais expliquée presque 100 ans plus tard).

Quand le corps est à l'état de gaz, les molécules sont très espacées, très agitées, avec des mouvements désordonnés provoqués par les chocs entre elles ou avec les corps solides avec lesquelles elles sont en contact (parois).

Quand le corps est à l'état liquide, l'espace entre les molécules est beaucoup plus restreint, l'agitation beaucoup plus lente.

A l'état solide, les molécules sont rangées selon un empilement régulier, et vibrent autour d'une position moyenne.

La température d'un corps donne une indication du degré d'agitation des molécules.

Les forces d'interaction de très faible intensité qui s'exercent à distance entre les molécules, appelées forces de Van der Waals conditionnent ces arrangements et par conséquent les propriétés physiques des composés moléculaires. Ainsi, par exemple, les propriétés physiques exceptionnelles de l'eau sont dûes pour beaucoup aux liaisons hydrogène.

[modifier] Stabilité des molécules

Les molécules sont des ensembles a priori électriquement neutres, dans lesquels les atomes sont liés entre eux majoritairement par des liaisons covalentes (il existe de nombreux exemples d'assemblages supra-moléculaires par liaisons Van der Waals, hydrogène ou ioniques), où apparaissent parfois des disymétries électroniques pouvant aller jusqu'à donner des ions par solvatation (solvants polaires). Dès lors, on doit conclure que le dihydrogène (H₂), le dichlore, le difluor et tant d'autres gaz diatomiques, sont électriquement neutres. Ce qui laisse entendre que lorsqu'ils sont isolés, ils sont zérovalents, pour respecter l'équivalence qu'il doit y avoir dans toute équation équilibrée en charges et globalement neutre comme : 2 H₂ + O₂ = 2H₂O. Ici, dans la partie des réactants, le dihydrogène et le dioxygène sont des molécules isolées et donc n'ont pas de charge propre, comme H₂O (bien que molécule polaire). L'équation chimique vérifie donc la neutralité de la charge globale.

La forme et la taille d'une molécule (ou de l'une de ses parties) peut jouer un rôle dans son aptitude à réagir. La présence de certains atomes ou groupes d'atomes à l'intérieur d'une molécule joue un rôle majeur dans sa capacité à se rompre ou à fixer d'autres atomes issus d'autres corps, c'est à dire à se transformer pour donner naissance à d'autres molécules.

Les différents modes de représentation des molécules sont destinés à expliciter les différents sites réactifs ; certains enchaînements d'atomes, appelés groupes fonctionnels produisent ainsi des similitudes de propriétés, tout particulièrement dans les composés de la chimie organique.

[modifier] Les macromolécules

Les molécules possédant au moins plusieurs dizaines d'atomes sont appelées macromolécules.

Exemples : Les matières plastiques sont faites essentiellement de chaînes d'atomes de carbone pouvant contenir plusieurs dizaines de milliers d'atomes, d'où des propriétés physiques tout à fait intéressantes. Les protéines, les lipides, les sucres, les acides nucléiques tel l'ADN sont également des macromolécules où la grande variété des liaisons chimiques internes induisent une réactivité chimique souvent très sélective jouant un rôle majeur dans l'activité biologique des êtres vivants.

[modifier] Les composés non moléculaires

Il existe deux autres grandes catégories de corps purs non moléculaires :

les métaux, qui contiennent une seule sorte d'atomes tous liés les uns aux autres par mise en commun globale et délocalisée d'électrons, appelée liaison métallique,
les composés ioniques qui regroupent des atomes (ou groupement d'atomes) dont certains supportent un excès d'électrons (anions) répartis parmi d'autres acceptant un déficit d'électrons (cations), la cohésion de l'ensemble est alors assurée par les forces électriques présentes et appelée liaison ionique.

[modifier] Les molécules dans l'espace

Les couches externes des étoiles contiennent, malgré les températures extrêmes qui y règnent, des molécules très robustes comme le monoxyde de carbone.

Les comètes et les atmosphères gazeuses des planètes contiennent une plus grande variété de molécules.

Dans l'espace interstellaire , où la probabilité de rencontre entre atomes est très faible, on trouve des assemblages instables (radicaux libres) d'une diversité restée longtemps inconnue qui est peut-être à l'origine des premières molécules du monde du vivant.

[modifier] Éléments historiques

Le concept de molécule a été présenté la première fois en 1811 par Amedeo Avogadro, qui a su surmonter la confusion faite à cette époque entre atomes et molécules, en raison des lois des proportions définies et multiples de John Dalton (1803-1808).

L'analyse d'Avogadro a été acceptée par beaucoup de chimistes, à des exceptions notables (Boltzmann, Maxwell, Gibbs). Mais l'existence des molécules est restée en discussion ouverte dans la communauté scientifique jusqu'au travail de Jean Perrin (1911) qui a alors confirmé expérimentalement l'explication théorique du mouvement brownien en termes d'atomes proposée par Albert Einstein (1905). Jean Perrin a également recalculé le nombre d'Avogadro par plusieurs méthodes.