Les molécules, les ions
Seconde physique-chimie • Molécule • Formule brute • Formule développée • Isomères • Ions • Cations • Anions
Objectifs du chapitre
Ce cours reprend tes phrases comme base : molécules, formules chimiques, formules brute / développée / semi-développée, isomères, ions, dissolution d’un solide ionique, cations et anions.
Décrire
Une molécule comme un assemblage d’atomes électriquement neutre.
Représenter
Passer d’une formule brute à une formule développée ou semi-développée simple.
Identifier
Distinguer molécule, ion, cation et anion.
🔴 Méthode de rédaction attendue
Dans les exercices, on justifie toujours en partant de la définition du cours, puis on applique au cas étudié. Les mots importants sont gardés en rouge.
Exemple : identifier un ion
Définition du cours :
Application : Na⁺ possède une charge +, donc Na⁺ est un ion positif : un cation.
I. Les molécules
Une molécule : c’est un assemblage d’atomes électriquement neutre.
Ces atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes.
Exemples : H₂O, CO₂, O₂, C₂H₆O, N₂, C₆H₁₂O₆.
Chaque lettre correspond à un atome, le nombre qui suit indique la quantité de cet atome.
H₂O → 2 hydrogènes liés à 1 oxygène.
C₂H₆O → 2 carbones liés à 6 hydrogènes et 1 oxygène.
Attention :
S’il n’y a pas de nombre écrit après une lettre, cela veut dire qu’il y en a 1. Exemple : dans H₂O, il y a 1 atome d’oxygène.
1. Formule brute
Formule brute : CxHyOz.
On représente les constituants de la molécule.
Exemples : C₂H₆O, C₆H₁₂O₆…
2. Formule développée
Formule développée : on représente toutes les liaisons.
3. Formule semi-développée
Formule semi-développée : on ne représente pas les liaisons avec l’hydrogène.
CH₃ — CH₂ — OH : éthanol.
CH₃ — O — CH₃ : éther.
Bilan des représentations :
| Représentation | Ce qu’elle montre | Exemple |
|---|---|---|
| Formule brute | Les atomes présents et leur nombre | C₂H₆O |
| Formule développée | Toutes les liaisons | H—C—C—O—H avec les H représentés |
| Formule semi-développée | Les liaisons principales, pas celles avec H | CH₃—CH₂—OH |
II. Les isomères
On remarque que 2 molécules différentes peuvent avoir la même formule brute.
Ce sont des isomères.
Définition : isomères : 2 molécules avec la même formule brute mais des structures différentes.
2 isomères auront des propriétés totalement différentes.
Règles de liaisons à retenir
On retiendra que :
| Atome | Nombre de liaisons habituelles |
|---|---|
| C | 4 liaisons |
| H | 1 liaison |
| O | 2 liaisons |
| N | 3 liaisons |
III. Les ions
Définition : un ion, c’est une espèce électriquement chargée, qui possède une charge électrique.
Exemples :
HO⁻
ion hydroxyde
H₃O⁺
ion oxonium
ClO⁻
ion hypochlorite
CH₃COO⁻
ion éthanoate
Fe²⁺
ion fer II
Cl⁻ ; Ag⁺
ions monoatomiques
Les ions monoatomiques :
Fe²⁺, Cl⁻, Ag⁺…
Attention correction scientifique :
Un ion peut être monoatomique s’il est formé d’un seul atome chargé, par exemple Na⁺, Cl⁻, Fe²⁺. Un ion peut être polyatomique s’il est formé de plusieurs atomes chargés, par exemple H₃O⁺, HO⁻, CH₃COO⁻.
Les ions n’existent qu’en solution, dans l’eau.
Les ions sont la plupart du temps produits par la dissolution d’un solide ionique.
La charge électrique est liée à l’excès ou au défaut d’un ou plusieurs électrons.
Cation
Ion chargé positivement.
Exemples : Na⁺, Ag⁺, Fe²⁺, H₃O⁺.
Anion
Ion chargé négativement.
Exemples : Cl⁻, HO⁻, CH₃COO⁻.
Astuce du cahier :
On compte les lettres pour savoir qui est + : cation contient un t comme positif.
IV. Exercices contextualisés
1. Lire une formule brute
Pour chaque molécule, donner le nombre d’atomes de chaque élément : H₂O, CO₂, O₂, C₆H₁₂O₆.
| Molécule | Composition |
|---|---|
| H₂O | 2 H et 1 O |
| CO₂ | 1 C et 2 O |
| O₂ | 2 O |
| C₆H₁₂O₆ | 6 C, 12 H et 6 O |
2. Identifier des isomères
L’éthanol et l’éther diméthylique possèdent tous les deux la formule brute C₂H₆O, mais leurs formules développées sont différentes. Comment les appelle-t-on ?
Correction :
Deux molécules avec la même formule brute mais des structures différentes sont des isomères.
L’éthanol et l’éther diméthylique sont des isomères.
3. Représentation semi-développée
Expliquer pourquoi CH₃—CH₂—OH est une formule semi-développée.
Correction :
Elle montre les liaisons principales entre C, C et O, mais ne représente pas toutes les liaisons avec les hydrogènes.
C’est donc une formule semi-développée.
4. Eau de piscine : identifier un ion
Dans une eau de piscine, on peut rencontrer l’ion hypochlorite ClO⁻. Dire s’il s’agit d’un cation ou d’un anion.
Définition du cours :
ClO⁻ possède une charge négative.
ClO⁻ est un anion.
5. Eau salée
Lorsqu’on dissout du sel NaCl dans l’eau, on obtient des ions sodium Na⁺ et chlorure Cl⁻. Écrire l’équation de dissolution et identifier le cation et l’anion.
Na⁺ est le cation ; Cl⁻ est l’anion.
V. Partie type bac / évaluation — niveau seconde
Situation 1 — Deux molécules de même formule brute
On donne deux espèces chimiques de formule brute C₂H₆O. La première est l’éthanol, utilisé dans certains antiseptiques. La seconde est l’éther diméthylique, toxique et de structure différente.
- Définir une molécule.
- Expliquer ce que signifie la formule brute C₂H₆O.
- Expliquer pourquoi ces deux molécules sont des isomères.
- Dire pourquoi elles peuvent avoir des propriétés différentes.
Correction :
1. Une molécule est un assemblage d’atomes électriquement neutre.
2. C₂H₆O signifie : 2 atomes de carbone, 6 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.
3. Elles ont la même formule brute mais des structures différentes.
Ce sont des isomères.
4. Deux isomères peuvent avoir des propriétés totalement différentes car leurs atomes ne sont pas arrangés de la même façon.
Situation 2 — Dissolution d’un solide ionique
On dissout du chlorure d’argent AgCl dans de l’eau. On obtient des ions Ag⁺ et Cl⁻.
- Définir un ion.
- Écrire l’équation de dissolution.
- Identifier le cation et l’anion.
- Expliquer l’origine de la charge électrique d’un ion.
Correction :
1. Un ion est une espèce électriquement chargée.
3. Ag⁺ est chargé positivement : c’est le cation. Cl⁻ est chargé négativement : c’est l’anion.
La charge électrique est liée à l’excès ou au défaut d’un ou plusieurs électrons.
Situation 3 — Choisir la bonne représentation
Un élève écrit C₆H₁₂O₆ pour le glucose.
- Nommer le type de formule écrite.
- Dire ce que cette formule permet de connaître.
- Dire ce qu’elle ne permet pas de connaître.
Correction :
C₆H₁₂O₆ est une formule brute.
Elle permet de connaître les constituants de la molécule : 6 C, 12 H et 6 O.
Elle ne permet pas de connaître l’organisation des liaisons entre les atomes.
📌 Fiche bilan — Les molécules, les ions
Molécule
Assemblage d’atomes électriquement neutre.
Liaison covalente
Les atomes d’une molécule sont liés par des liaisons covalentes.
Formule brute
Indique les atomes présents et leur nombre.
Formule développée
Représente toutes les liaisons.
Formule semi-développée
Ne représente pas les liaisons avec l’hydrogène.
Isomères
Même formule brute mais structures différentes.
Liaisons à retenir
C : 4 ; H : 1 ; O : 2 ; N : 3.
Ion
Espèce électriquement chargée.
Cation
Ion chargé positivement.
Anion
Ion chargé négativement.
Dissolution ionique
Origine de la charge
Excès ou défaut d’un ou plusieurs électrons.
Carte mentale
Molécules
Assemblages d’atomes neutres.
Formules
Brute, développée, semi-développée.
Isomères
Même formule brute, structures différentes.
Ions
Espèces chargées électriquement.
Cations
Charges positives.
Anions
Charges négatives.