molécule

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Présentation

molécule, la plus petite particule possible d’un composé à l’état libre, constituée d’atomes.

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Historique

La notion de molécule, distincte de celle d’un atome, a été suggérée pour la première fois par le physicien italien Amedeo Avogadro en 1811. D’après la loi d’Avogadro, à une température et une pression données, tous les gaz ont le même volume molaire ; autrement dit, un même volume de deux gaz quelconques contient le même nombre de molécules gazeuses. Dans les conditions normales de température (0 °C) et de pression (1 atm), une mole de gaz, soit 22,4 L de gaz, renferme N = 6,023 × 10²³ molécules (nombre d’Avogadro). Cette loi fondamentale a permis de comparer les masses relatives des molécules et, en définitive, de déterminer les masses atomiques relatives. La physique et la chimie modernes dépendent beaucoup de ces résultats.

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Construction des molécules

Une molécule est le résultat de l’établissement de liaisons covalentes entre deux ou plusieurs atomes (voir liaison chimique). Chaque élément chimique ne peut former qu’un nombre donné de liaisons covalentes :on appelle ce nombre la valence de l’élément en question. Une molécule est définie d’abord par la nature des différents éléments qui la composent et le nombre d’atomes de chaque espèce. C’est ce qui est donné par la formule brute d’une molécule : par exemple, la molécule d’eau, de formule brute H₂O, est formée de deux atomes d’hydrogène (H) et d’un atome d’oxygène (O). Lors de réactions chimiques entre deux composés, certaines liaisons se brisent tandis que d’autres se reforment. La liaison covalente étant la mise en commun d’une paire d’électrons, une réaction chimique est donc un réarrangement électronique entre un certain nombre d’atomes. Aussi, pour réagir entre elles, deux molécules doivent s’approcher à une distance suffisamment courte, et les atomes concernés par le réarrangement doivent se présenter face à face ; d’où l’importance de la connaissance des structures moléculaires pour la compréhension des phénomènes chimiques.

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Isomérie et géométrie

La formule brute d’une molécule ne donne pas toutes les informations la décrivant. Si la molécule comporte plus de deux atomes, l’ordre d’enchaînement des atomes peut dans l’absolu prendre diverses formes ; toutefois, la connaissance de la valence des éléments la constituant permet de lever le doute. Dans le cas de la molécule d’eau, l’oxygène et l’hydrogène pouvant former respectivement deux liaisons et une liaison covalentes, le seul enchaînement possible est H-O-H. Dans les cas plus complexes, pour une formule brute donnée, plusieurs enchaînements sont possibles : les molécules correspondantes sont des isomères l’une de l’autre (voir isomérie).

Une fois l’ordre d’enchaînement des atomes fixé, il reste à définir la position relative exacte des atomes les uns par rapport aux autres. Pour cela, on donne d’une part la longueur des liaisons (distance entre deux atomes consécutifs), et d’autre part l’angle que forment ces liaisons entre elles. Ces angles ne prennent pas des valeurs aléatoires : les atomes se placent le plus loin possible les uns des autres de manière à minimiser les répulsions électrostatiques entre leurs nuages électroniques. La branche de la chimie qui s’attache à étudier la structure spatiale des molécules est la stéréochimie.