-1- PLANCHE-CHIMIE CHIMIE CHIMIE - Les molécules Les atomes peuvent s unir s en établissant des liaisons chimiques pour former des molécules. I. Vocabulaire On appelle molécule une association de plusieurs atomes liés entre eux par des liaisons chimiques. II. Formule chimique d une molécule Chaque molécule est identifiée par sa formule chimique qui précise les atomes qui constituent la molécule ainsi que le nombre de chaque atome. On appelle formule chimique brute d une molécule l écriture formée par la succession des différents atomes qui la composent, au bas (en notation indicée) de chacun desquels s on inscrit un chiffre qui indique le nombre de chaque présent dans la molécule. REMARQUES PRATIQUES : Lorsque l atome est unique, le chiffre 1 correspondant n est pas noté. Le nombre de chaque atome dans une molécule est immédiatement placé (indiqué) à droite de cet atome. Lorsque des atomes sont placés dans des parenthèses suivies immédiatement d un nombre, ce nombre multiplie les nombres d atomes d présents dans ces parenthèses. EXEMPLES DE TRES HAUTE PREPARATION (A SUIVRE!) 1. Le dioxygène (gaz respiratoire) a pour formule O : il est constitué de atomes d oxygène (O).. Le dioxyde de de carbone (ou gaz carbonique) a pour formule CO : il est constitué de 1 atome de carbone (C) et de atomes d oxygène (O). 3. L eau (connue comme le pain) a pour formule de atomes d hydrogène (H) et de 1 atome d oxygène (O). H O : elle est constituée
-- 4. L éthanol (ou alcool éthylique qui est l alcool usuel) a pour formule C H5 OH : il est constitué de atomes carbone (C) ; de 6 atomes d hydrogène (H) et de 1 atome d oxygène (O). L acide thioglycolique (tant utilisé en coiffure dans les liquides à permanente notamment) a pour formule HS - CH COOH : il est constitué de 1 atomes de soufre (S) ; de atomes de carbone (C) ; de 4 atomes d hydrogène (H) et de atomes d oxygène (O). Le butane (gaz de cuisine) a pour formule C 4 H10 : il est constitué de 4 atomes de carbone (C) et de 10 atomes d hydrogène (H). UN CONSEIL TRES PRATIQUE : Etre capable d indiquer les atomes et leur nombre composant une molécule dont la formule est donnée, est un des objectifs les plus fondamentaux de ce chapitre et vous êtes en train de le faire au CAP en juin 01 (ATTENTION!). III. I. Quelques exemples fondamentaux de molécules (à connaître) Le tableau qui suit donne les formules chimiques de quelques molécules les plus rencontrée. Pour le CAP esthétique on se limitera aux molécules dont les formules sont indiquées en rouge. Pour le CAP coiffure, il faudra rajouter les molécules indiquées en vert. Quelques exemples fondamentaux de molécules NOM DU COMPOSE FORMULE CHIMIQUE Dioxygène (gaz respiratoire) O Dihydrogène H Dioxyde de carbone ou gaz carbonique (gaz de déchet) Eau CO O H
-3- Eau oxygénée (nom commercial) ou peroxyde d hydrogène (nom chimique) Soude (nom commercial) ou soude Hydroxyde de sodium (nom chimique) Hydroxyde de potassium ou potasse Ammoniaque (nom commercial) ou hydroxyde d ammonium (nom chimique) Ammoniac (gaz) H O NaOH KOH NH 4 OH NH 3 Butane (gaz de cuisine) C 4 H10 Chlorure de sodium (sel de cuisine) Glucose (sucre simple : ose) Ethanol ou alcool éthylique (alcool usuel) Acide chlorhydrique (nom commercial) ou chlorure d hydrogène (nom chimique) Acide sulfurique Acide thioglycolique (très utilisé en coiffure) Chlorure d ammonium Sulfate d ammonium (très utilisé en coiffure) Thioglycolate d ammonium (très utilisé en coiffure) Monoxyde de carbone (gaz extrêmement toxique) NaCl C6H1O 6 H C HS - CH HS - CH 5 HCl OH SO 4 H Cl NH 4 COOH (NH 4 ) SO 4 COONH 4 CO
-4- III. Masse molaire d un composé chimique Chaque atome possède une masse molaire atomique notée M et exprimée en g/mol (gramme par mole). 1. Définition : On appelle masse molaire d un composé X, la somme totale des masses molaires atomiques de tous les atomes qui le composent.. Notation : La masse molaire d un composé chimique X se note M(X) ou tout simplement M (majuscule ( obligatoire,, attention!). 3. L unité de la masse molaire est le g/mol (abrégé de gramme par mole). NOTE : Savoir calculer la masse molaire est un Savoir calculer la masse molaire est un objectif majeur de ce chapitre très exigible au CAP et autour duquel les exercices vont maintenant fortement s inten s intensifier. ifier. METHODOLOGIE (A SUIVRE!) Pour calculer la masse molaire d un composé, il faut suivre les étapes suivantes : Déterminer le nombre de chaque atome présenta dans la formule chimique de la molécule comme nous l avons appris au paragraphe II. NOTE NOTE : Il faut bien s assu s assurer de bien compter très scrupuleusement tous les atomes qui composent la molécule. Pour chaque atome, on multiplie ce nombre par la masse molaire de l atome (indiquée dans l énoncé) l puis faire le total. N 1 : Calculer la masse molaire du peroxyde d hydrogène (eau oxygénée) de formule chimique H O, sachant que M(H) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol. La molécule H O contient atomes d hydrogène (H) et atomes d oxygène (O). On a alors M( H O ) = M(H)+ M(O) = 1 + 16 = 34 g/mol. N : On donne les masses molaires atomiques M(C) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol. Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone de formule CO.
-5- On voit sans résistance que la molécule CO contient 1 atome de carbone (C) et atomes d oxygène (O). On a alors : M( CO ) = 1 M(C)+ M(C)+ M(O) M(O) = 1 1 + 16 = 44 g/mol. N 3 : L acide nitrique a pour formule chimique HNO 3. Calculer sa masse molaire. Données : M(H) = 1 g/mol ; M(N) = 14 g/mol et M(O) = 16 g/mol. Dans la formule HNO 3, il y a 1 atomes d hydrogène (H) ; 1 atomes d azote (N) et 3 atomes d oxygène (O). On finit alors très vite car M( HNO 3 ) = 1 M(H)+ M(H)+1 M( M(N) + M(O). D où M( HNO 3 ) = 1 1+1 14 14 + 16 = 63 g/mol. N 4 : L éthanol ou alcool éthylique a pour formule chimique sa masse molaire. H C Données : M(C) = 1 g/mol ; M(H) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol. On voit très vite que la molécule 5 OH. Calculer C H5 OH contient atomes de carbone (C) ; 6 atomes d hydrogène (H) ) et 1 atome d oxygène (O). On a donc M = M( M(C)+ )+6 M( M(H) ) + 1 M(O) = 1 + 6 1 + 1 16 16 = 46 g/mol. EXERCICE DE TRES HAUTE PREPARATION : Calculer les masses molaires des composés ci-après : 1 Eau de formule H O ; Sulfate d ammonium de formule (NH 4 ) SO 4. Données : M( M(N) ) = 14 g/mol ; M(H) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol et M(S) = 3 g/mol. 1 Nous avons facilement M( H O ) = 1 + 1 16 = 144 443 144 443 18 g/mol. atomes d ' hydrogène 1 atome d ' oxygène On a M = 14 + 8 1 + 1 3 + 4 16 = 13 g/mol. 144 443 atomes d ' azote MISE EN GARDE : 1443 8 atomes d ' hydrogène 144 443 1 atome de soufre 1443 4 atomes d ' oxygène Savoir calculer une masse molaire est un objectif hautement important au CAP. Notez bien qu en physique chimie les unités sont très obligatoires, car elles sont notées au CAP.
-6- EXERCICES A FAIRE ET A RENVOYER : EXERCICE N 1 : Indiquer les atomes et leur nombre contenus dans les molécules suivantes : 1 Acide sulfurique de formule H SO 4 ; Glucose (sucre simple) de formule 3 Ammoniaque de formule NH 4 OH ; C6H1O 6 ; 4 Sulfate d ammonium de formule (NH 4 ) SO 4. EXERCICE N : L hydroxyde d ammonium a pour formule NH 4 OH. 1 Nommez les atomes présents dans cette molécule et indiquez leur nombre. Calculer la masse molaire de l hydroxyde l d ammonium. d Données : M(H) = 1g/mol M(H) = 1g/mol ; M(O)=16 g/mol ; M(N)=1 =14 g/mol. EXERCICE N 3 : Le glycérol utilisé comme humectant dans les produits cosmétiques a pour formule chimique CH OH CHOH CHOH CH OH. 1 Indiquer le nom et le nombre des différents atomes présents dans cette molécule. Calculer la masse molaire M du glycérol. Données : M(C) ) = 11 g/mol ; M(H) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol. EXERCICE N 4 : Une lotion contient de l acide citrique qui a pour effet d accélérer la desquamation et d améliorer le teint. La formule chimique de l acide citrique est : OH HOOC CH C CH COOH. COOH 1 Nommer les atomes contenus dans cette molécule en indiquant leur nombre. Calculer la masse molaire M de l acide citrique. Données : M(C) ) = 11 g/mol ; M(H) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol. NOTE : Dans cette molécule les tirets ( ) ( ) sont des liaisons chimiques.
-7- EXERCICE N 5 : L hypochlorite de sodium (eau de Javel) a pour formule chimique NaClO. Calculer sa masse molaire M. Données : M(Na Na) ) = 3 g/mol ; M(Cl Cl) ) = 35,5 g/mol et M(O) = 16 g/mol. EXERCICE N 6 : Le nitrate d ammonium a pour formule NH4NO NO3. 1 Nommez tous les atomes présents dans cette molécule en indiquant leur nombre. Calculer la masse molaire M du nitrate d ammonium. Données : M(N) = M(N) = 14 g/mol ; M(H) ) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol. EXERCICE N 7 : Le dioxyde de soufre a pour formule chimique SO. 1 Indiquer les atomes ainsi que leur nombre qui composent cette molécule. On donne les masses molaires M(S) ) = 3 g/mol et M(O) = 16 g/mol.. Calculer la masse molaire M(SO) du dioxyde de soufre. EXERCICE N 8 : L oléate de sodium (savon) a pour formule C 17 H 33 COONa. 1 Précisez les atomes présents dans cette molécule ainsi que leur nombre. Calculer la masse molaire de chaque composé. Données : M( g/mol. M(Na Na) ) = 3 g/mol ; M(H) ) = 1 g/mol ; M(C) ) = 1 g/mol et M(O) = 16 EXERCICE N 9 : L urée présente dans l urine a pour formule chimique CH 4 N O. 1 Donner les noms et le nombre des atomes qui composent l urée. L urée est-elle elle un composé organique? Justifier J votre réponse. 3 Calculer la masse molaire M de l urée. Données : M(N) ) = 14 g/mol ; M(C) ) = 1 g/mol ; M(H) ) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol.