Les modèle moléculaires

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1 Les modèle moléculaires Niveau : Durée Prérequis : Objectifs : Matériels : Mots clés : Déroulement: - notion de molécule (corps simple et corps composé). - connaître quelques formules moléculaires (H 2 O, NH 3, CO 2, CH 3 COOH, C 2 H 5 OH) Notion de liaison covalente savoir réaliser des modèles des atomes savoir utiliser ces modèles pour construire des molécules ½ kilogramme d argile. 1 paquet de cure-dents ou des baguettes de bambou une cuvette d eau peinture (blanc, noir, rouge et bleu) pinceaux molécule, modèle moléculaire, atome, liaison covalente, tétragonal, trigonal, diagonal, linéaire Activités du professeur 1 partie Réalisation de modèles d atomes Donnez la formule d une molécule d eau. cette molécule? Combien y a-t-il d atomes de chaque type? Est-ce que vous pouvez dire comment se disposent les atomes dans l espace? C est H 2 O Activités des élèves Hydrogène et oxygène. Il y a deux atomes d hydrogène et un atome d oxygène. non. Nous allons construire aujourd hui des modèles moléculaires qui nous permettent de visualiser la géométrie de la molécule d eau dans l espace. 1 présentation de différents types d atomes (le carbone, l oxygène, l hydrogène, le chlore, l azote). a) atome de carbone Le professeur distribue la fiche, «présentation de quelques molécules» Le professeur montre le schéma numéro 1 Que représente ce schéma? Que représente chaque sphère? Que font les atomes pour constituer une molécule? Il représente une molécule. Elle représente un atome d un élément chimique Ils se lient entre eux par des liaisons pour former une molécule

2 Dans le schéma que représente la droite qui relie deux atomes? Dans cette molécule numéro 1, combien y a-t-il d atomes? Combien y a-t-il d atomes de chaque type? Donnez la formule moléculaire? Quel est ce corps? Quelle forme géométrique constituent les centres des atomes d hydrogène? Où se trouve l atome de carbone? Comment sont les liaisons carbone hydrogène? C est la liaison.. Il y a 5 atomes. Il y a 1 atome de carbone et 4 atomes d hydrogène. CH 4 C est le méthane. Ils constituent un tétraèdre. Il est au centre du tétraèdre. Elles sont simples et de même longueur. Dans le document numéro 1, l atome de carbone est un atome de carbone tétragonal, il a des liaisons simples avec les autres atomes Le professeur montre le schéma numéro 2 cette molécule? Combien d atomes de chaque type repérez-vous? Quelle est la formule moléculaire de ce corps? Quel est ce corps? Comment est la liaison entre les atomes de carbone et d hydrogène? Comment est la liaison entre les atomes de carbone? Quelle est la valeur de l angle HCH? et celle de l angle HCC? Quelle est la longueur de la liaison C=C et C-H? A quelle figure géométrique appartiennent les centres des atomes de la molécule d éthylène? C est le carbone et l hydrogène. Il y a 2 atomes de carbone et 4 atomes d hydrogène. C 2 H 4 C est l éthylène. C est une liaison simple C est une liaison double pm et 110 pm Ils appartiennent à un plan. Dans la molécule d éthylène, les deux atomes de carbone sont liés par une double liaison et les liaisons carbone hydrogène sont simples : les atomes de carbone sont des carbone trigonaux. Schéma numéro 3 ce corps? Combien d atomes de chaque type repérezvous? C est le carbone et l hydrogène il y a deux atomes de carbone et deux atomes d hydrogène

3 Quelle est la formule moléculaire de ce corps? Quel est ce corps? Comment est la liaison entre les atomes de carbone et d hydrogène? Comment est la liaison entre les deux atomes de carbone? Quelle est la valeur de l angle HCC? Quelle est la longueur de la liaison carbone carbone? Comment sont disposés les centres des atomes de cette molécule? C est C 2 H 2 C est l acétylène. C est une liaison simple. C est une liaison triple pm Ils sont sur la même droite. On dit que la molécule est linéaire. Dans la molécule d acétylène, (document n 3) les deux atomes de carbone sont liés par une triple liaison et les liaisons carbone hydrogène sont simples : Chaque atome de carbone est une atome de carbone «digonal» b) atome d azote Schéma N 4 ce corps? Donnez la formule moléculaire. Quel est ce corps? Quelle forme géométrique constituent les centres des atomes? Comment sont les liaisons azote-hydrogène? quelle est la valeur de l angle HNH? quelle est la longueur de la liaison N-H? C est l azote et l hydrogène. NH 3 C est l ammoniac. Ils constituent une pyramide elles sont simples elle est de 107 L N-H = 100 pm Dans la molécule d ammoniac, l azote est lié par des liaisons simples aux trois atomes d hydrogène. La molécule est une pyramide à base triangulaire où l azote occupe le sommet de la pyramide. c) Atome d oxygène Schéma N 5 cette molécule? Combien y a-t-il d atomes de chaque type? Quelle est la formule moléculaire de corps?. Comment sont les liaisons oxygène-hydrogène? C est l oxygène et l hydrogène. Il y a 1 atome d oxygène et 2 atomes d hydrogène. C est H 2 O. Elles sont simples. elle est de

4 Quelle forme géométrique constituent le centre des atomes? Ils constituent un triangle. Dans la molécule d eau, l atome d oxygène est lié par des liaisons simples aux atomes d hydrogène Schéma numéro 6 ce corps? Combien y a-t-il d atomes de chaque type? Comment sont les liaisons Carboneoxygène? Comment sont disposés les centres des atomes de cette molécule? C est le carbone et l oxygène. Il y a 1 atome de carbone et deux d oxygène. Ce sont des liaisons doubles. Ils sont alignés. Ont dit que la molécule est linéaire. Dans la molécule de dioxyde de carbone, l atome d oxygène est lié par une double liaison à l atome de carbone et la molécule est linéaire. Observez le modèle numéro 1 (molécule de méthane et le modèle numéro 5 (molécule d eau : quelle différence existe-t-il entre ces deux modèles? Dans la molécule de méthane, la liaison entre l atome de carbone et un atome d hydrogène est matérialisée par un segment. dans la molécule d eau, la liaison entre un atome d oxygène et un atome d hydrogène n est pas matérialisée. Le premier modèles (molécule de méthane) est appelé «modèle éclaté», le deuxième Réalisation de modèles d atomes: matériel : 200 grammes d argile bien frais, des cure-dents. Le professeur montre aux élèves comment faire un atome d un élément chimique ( il fait une sphère). Il demande ensuite aux élèves de faire des modèles d atomes de tailles différentes pour représenter des atomes différents. C est un travail que les élèves doivent faire à la maison. Chaque groupe d élèves doit se munir d environ 500 g d argile. Le professeur indique le nombre d atomes de chaque type à réaliser suivant son besoin. Exemple : les atomes de carbone, d azote et d oxygène sont à peu près de même taille : modélisez les par des sphères de diamètre 25 mm. les atomes d hydrogène sont plus petits et seront modélisés par des sphères de diamètre 15 mm. Le professeur conseille aux élèves de laisser sécher les modèles à peu près deux heurs (au soleil) ou 4 heures (à l ombre). Il ne faut pas qu ils soient trop secs. Il indique comment matérialiser les liaisons : on utilise des tiges de bois (cure-dents) qu on enfonce dans les sphères d argile encore tendres en respectant les angles repérés sur les modèles du document

5 Le professeur demande aux élèves de réaliser un certain nombre d atomes de chaque type : exemple : 5 atomes de carbone tétragonal 2 atomes de carbone trigonal 1 atome de carbone digonal 20 atomes d hydrogène 2 atomes d oxygène à liaison simple 2 atomes d oxygène à double liaison Les atomes seront ensuite peints en respectant les couleurs suivantes : noir pour les atomes de carbone blanc pour les atomes dh ydrogène rouge pour l atome d oxygène bleu pour l atome d azote Deuxième partie utilisation des modèles a) première utilisation Le professeur demande aux élèves de modéliser les molécules figurées dans le document. b) Etude de la famille des alcanes Le professeur indique que les alcanes sont des hydrocarbures,c est à dire que les molécules sont constituées d atomes de carbone et d hydrogène. Dans les atomes d alcane, tous les atomes de carbone sont tétragonaux. Le professeur demande : est-ce que le méthane fait partie des alcanes? Le professeur demande de construire le modèle moléculaire de l alcane en C 2 (l éthane qui possède deux atomes de carbone) Il demande la formule brute de cette molécule (nombre d atomes de chaque type) Il présente la notion de formule développée H H H C C H H H et de formule semi développée CH3 CH3 Il demande aux élèves de chercher le oui car le méthane répond aux critères précédents Les élèves recherchent le modèle C 2 H

6 formule brute et semi développée Le professeur demande de réaliser le même travail pour les alcanes en C 4 Remarque : Les élèves peuvent trouver des formes différents. Si chaque groupe ne trouve pas les deux modèles, le professeur présentera les deux modèles recueillis dans la classe. C 3 H 8 CH 3 CH 2 CH 3 Les élèves construisent les modèles moléculaires Les élèves donnent les formules brutes de ces deux molécules C 4 H 10 et leurs formules semi développées : CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 et CH 3 CH 3 CH CH 3 Le professeur indique qu ces deux molécules sont des isomères de la chaîne : La molécule dite «linéaire» est le butane La molécule ramifiée est le 2 méthyl-propane (nous ne développons pas ici la nomenclature des alcanes, le professeur pourra s y arrêter). Le professeur peut poursuivre la leçon en demandant le modèle moléculaire en C 5 Quelle formule générale pouvez-vous donner aux alcanes c) Présentation de la famille des alcools C n H 2n+2 ( n= 1 : CH 4 ; n= 2 : C 2 H 6 ; =) Un alcool est une molécule dans laquelle apparaît le groupement hydroxyle OH lié à un atome de carbone tétragonal. Le professeur demande de modéliser l alcool de formule brute C 2 H 6 O et de donner sa formule semi développée Remarque : Le professeur prendra le temps de présenter le modèle réalisé par un groupe pour que les autres groupes puisent effectuer la comparaison CH 3 CH 2 ΟΗ Les alcools dont la formule peut s écrire sous la formule R CH 2 ΟΗ sont appelés alcool primaire

7 Le professeur demande aux élèves de construire les modèles moléculaires des alcools de formule brute C 3 H 8 0 et d écrire leurs formules semi développées. Le professeur précise que ces deux molécules sont des isomères de position (le groupement hydroxyle est placé à des endroits différents de la chaîne carbonées dans ces deux molécules). Quelle est la classe du propan-1-ol (CH 3 CH 2 CH 2 OH) (CH 3 CH 2 CH 2 OH) : propan-1-ol (CH 3 CH CH 2 OH) : propan-2-ol OH cette molécule est un alcool primaire Les alcools dont la formule peut s écrire sous la formule R CH ΟΗ ΟΗ sont appelés alcools secondaires le professeur fait remarquer que le propan- 2-ol est un alcool secondaire. Le professeur demande aux élèves de construire des modèles moléculaires des alcools de formule brute C 4 H 10 O et de donner leurs formules semi développées Remarque : le professeur recueille les différentes molécules construites dans les groupes CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH : butan-1-ol CH 3 CH 2 CH CH 3 : butan-2-ol OH CH 3 CH CH 2 OH : CH 3 2-méthyl propan-1-ol CH 3 CH 3 C CH 3 OH 2 méthyl propan-2-ol

8 Le professeur demande aux élèves de repérer les alcools primaires et les alcools secondaires le professeur fait remarquer que le 2 méthyl propan-2-ol est un alcool tertiaire les alcools primaires sont : le butan_1_ol le 2-méthyl propan-1 ol l alcool secondaire est le butan 2 ol Les alcools dont la formule peut s écrire R R CH ΟΗ R" sont appelés alcools tertiaires

9 Représentation de quelques molécules 1 Modèle éclaté de la molécule modèle compact de la molécule

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