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Molécule

Introduction

Représentation schématique 3D d'une molécule de saccharose
Schéma de la liaison covalente de deux atomes d'oxygène

Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) possédant les propriétés caractéristiques de la substance considérée. Les molécules constituent des agrégats atomiques liés par des forces de valence (liaisons covalentes) et elles conservent leur individualité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...). Des forces plus faibles, telles les liaisons hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et celles de type Van der Waals, les maintiennent à proximité les unes des autres à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) et solide.

L'assemblage d'atomes constituant une molécule n'est pas définitif, il est susceptible de subir des modifications, c’est-à-dire de se transformer en une ou plusieurs autres molécules ; une telle transformation est appelée réaction chimique. En revanche, les atomes qui la constituent sont des assemblages (de particules) beaucoup plus stables, qui se conservent durant une réaction chimique car la transformation d'atomes, appelée transmutation (La transmutation est la transformation d'un élément chimique en un autre par une modification du noyau atomique de l'élément. Elle est aussi appelée transmutation nucléaire.), nécessite des apports d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) beaucoup plus importants faisant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...) des réactions nucléaires.

La composition chimique d'une molécule est donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) par sa formule chimique. Exemples :

  • la molécule de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est...) CH4 est constituée d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (C) et de quatre atomes d'hydrogène (H) ;
  • la molécule de dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et...) O2 est constituée de deux atomes d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) (O).

Histoire du concept et étymologie

Le nom « molécule » provient du latin scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) molecula, diminutif du nom latin moles, se traduisant par « masse ».

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 (Jean Baptiste Perrin (né le 30 septembre 1870 à Lille, mort le 17 avril 1942 à New York) était un physicien français qui a travaillé sur les questions relatives aux rayons cathodiques et à la charge de l'électron. Il reçut le prix Nobel...) (1911) qui a alors confirmé expérimentalement l'explication théorique du mouvement brownien en termes d'atomes proposée par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement allemand, puis apatride (1896), suisse...) (1905). Jean Perrin a également recalculé le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'Avogadro par plusieurs méthodes.

Caractéristiques

Ordonnancement

Les molécules d'un corps sont en agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs...) permanente (sauf au zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des...) 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).

  • À l'état gazeux, 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).
  • À l'état liquide, l'espace entre les molécules est beaucoup plus restreint, l'agitation beaucoup plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.).
  • À l'état solide, les molécules sont rangées selon un empilement, régulier ou non, et vibrent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'une position moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...).

La température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) d'un corps donne une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) du degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'agitation des molécules.

Les forces d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sont dues pour beaucoup aux liaisons hydrogène.

Stabilité

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 de type Van der Waals, hydrogène ou ionique), où apparaissent parfois des dissymétries 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 (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) 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 (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des quantités qui y...) 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...) 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 (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) particulièrement dans les composés organiques.

Les macromolécules et polymères

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

Exemples :

  • les protéines, les lipides, les sucres, les acides nucléiques tels l'ADN et autres biomolécules de grandes tailles 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 (Le terme d'activité peut désigner une profession.) biologique des êtres vivants ;
  • les polyoléfines telles le polyéthylène (polymère synthétique) sont constituées d'enchaînements -C-C- ; le nombre d'atomes de carbone des chaînes peut atteindre plusieurs dizaines de milliers (correspondant à un degré de polymérisation élevé), d'où des propriétés physiques particulières.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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