moléculaire, structure

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Présentation

moléculaire, structure, arrangement dans l’espace des atomes, des ions ou des molécules constituant une espèce chimique, dans ses différents états physiques.

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États de la matière

La description d’une espèce chimique ne peut se limiter à l’énumération de ses composants chimiques et de leurs proportions, et à la connaissance des liaisons interatomiques. Selon les états physiques, la structure de l’espèce chimique change au niveau de l’organisation des atomes et des molécules dans l’espace. En effet, à l’état gazeux, les molécules, les atomes et les ions sont en mouvement constant, désordonné, et sont assez éloignés les uns des autres : on ne considère donc que la structure des molécules. À l’état liquide, cette distance diminue, et le mouvement relatif des molécules est plus faible ; l’état liquide est plus ordonné. Les solides, en revanche, en plus de présenter une cohésion intermoléculaire très importante, sont caractérisés par une structure ordonnée ; les molécules forment un réseau tridimensionnel régulier et rigide — plus difficile néanmoins à connaître pour les substances amorphes, comme les colloïdes ou les verres : ceux-ci sont plutôt à considérer, à l’état solide, comme des liquides figés, sans organisation spécifique des particules (état amorphe).

Ce sont entre autres des analyses spectroscopiques (RMN, infrarouge, ultraviolet, Raman, etc.) et des études de diffraction de rayons X qui permettent de déterminer la structure des composés chimiques (voir Spectroscopie). On peut ainsi déterminer la position des atomes les uns par rapport aux autres, les regroupements des atomes et leurs dimensions.

Voir aussi Matière, états de la.

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Molécules, ions polyatomiques et macromolécules

Les molécules, les macromolécules et les ions polyatomiques ne présentent que des liaisons covalentes (voir Liaison chimique) et on peut leur attribuer une formule développée. Pour ces composés, on définit la configuration et la conformation. La configuration est l’arrangement spatial des atomes ; la conformation définit l’un des arrangements que peut présenter une molécule au cours de ses déformations successives. Des formules tridimensionnelles, ou leurs projections sur un plan, sont nécessaires pour décrire les configurations et les conformations.

Sans considérer la différence de taille, on peut dire que les macromolécules présentent une structure semblable aux molécules organiques classiques. Des liaisons covalentes (qui peuvent être ioniques ou de coordination) assurent la cohésion. Les structures linéaires, lamellaires et tridimensionnelles sont les plus courantes.

Voir aussi Organique, chimie ; Isomérie ; Polymère.

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Cristaux, métaux et alliages

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Cristaux

Les entités constitutives des cristaux sont arrangées dans l’espace, formant un réseau régulier qui s’étend dans tout le cristal. Il existe trois types de cristaux : les cristaux covalents, formés d’atomes, les cristaux ioniques, constitués d’ions (liaisons ioniques) et les cristaux moléculaires, composés de molécules. Dans les cristaux covalents, la cohésion du réseau est assurée par les liaisons covalentes, dirigées et localisées. C’est pourquoi ces composés sont durs à température ambiante et présentent des points de fusion et d’ébullition très élevés. Le diamant et le quartz sont deux cristaux covalents constitués exclusivement d’atomes de carbone.

Dans les cristaux ioniques, la cohésion de la structure est assurée par les liaisons ioniques entre les cations (ions chargés positivement) et les anions (ions chargés négativement) qui s’attirent. Le chlorure de sodium, NaCl, est un cristal ionique constitué d’ions chlorures Cl^- et d’ions sodium Na⁺. Dans les cristaux moléculaires, la cohésion est due aux forces de Van der Waals (oxygène, azote, chlore, gaz rares condensés, substances organiques) ou aux liaisons hydrogène. Les forces de Van der Waals, dans les gaz réels, les éloignent de l’état parfait ; elles sont plus fortes dans les états condensés ; elles nécessitent une agitation thermique faible pour parvenir à maintenir la cohésion du cristal (par conséquent, les points de fusion de ces cristaux sont bas). Dans la glace, la cohésion est due à des liaisons hydrogène : la symétrie est hexagonale (chaque atome d’oxygène est lié à un atome d’hydrogène — par une liaison covalente, proche et forte — qui est lié aussi à un autre atome d’oxygène par une liaison moins forte).

Voir aussi Cristal.