Atomes et molécules : cours de 4e

Observe un verre d'eau, un morceau de bois ou l'air qui t'entoure : tout paraît lisse et d'un seul tenant. En physique-chimie pourtant, on imagine la matière comme un ensemble de minuscules particules. Cette façon de la voir porte le nom de modèle particulaire. Au collège, le programme veut que tu t'en serves pour expliquer les états de la matière, ainsi que les transformations de nature physique ou chimique ¹.

Dans ce cours, tu vas apprendre à bien séparer deux mots que beaucoup d'élèves confondent : atome et molécule. Tu vas aussi savoir les écrire (symboles et formules), lire une formule, et comprendre ce qui arrive aux atomes quand une transformation chimique a lieu.

Ce chapitre prépare la suite : la masse volumique, la différence entre transformation physique et transformation chimique, puis les combustions. Sans une idée claire de ce qu'est une molécule, ces chapitres restent flous.

La matière est constituée d'atomes ¹. Chaque atome appartient à un type, qu'on désigne par une ou deux lettres : c'est son symbole. Dans ce cours, trois types suffisent : le carbone (symbole C), l'hydrogène (symbole H) et l'oxygène (symbole O) ³.

Un atome seul peut se représenter par une boule. Dans un modèle atomique, on dessine donc une seule boule, avec son symbole. C'est ce qui permet de distinguer, sur un schéma, un atome d'une molécule.

Pour aller plus loin au collège, on sait aussi que l'atome possède lui-même des constituants et qu'il existe des ions, mais ces notions sont développées dans d'autres chapitres ¹. Ici, on traite l'atome comme une brique de base.

Deux exemples à connaître :

• la molécule de méthane contient un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène ³ ;
• la molécule de dioxygène contient deux atomes d'oxygène ³.

Dans le premier cas, la molécule est faite de deux types d'atomes différents. Dans le second, elle est faite d'un seul type d'atomes, répété deux fois.

Les chimistes ont besoin d'une écriture courte et commune à tous. Ils emploient donc deux outils proches mais distincts : le symbole décrit un atome, la formule décrit une molécule. Autrement dit, le symbole joue pour l'atome le rôle que la formule joue pour la molécule ².

Pour dessiner la matière, on associe une couleur et une boule à chaque type d'atome. Une molécule se dessine en accolant les boules qui correspondent à ses atomes. On distingue ainsi les modèles atomiques (une boule isolée) des modèles moléculaires (plusieurs boules assemblées) ².

Les formes et les tailles que tu vois varient d'un livre à l'autre ; ce qui compte, c'est le nombre et le type de boules. La forme d'une molécule peut aussi jouer un rôle dans sa capacité à réagir, mais cette idée sera développée plus tard ³.

Une molécule n'est pas un assemblage définitif. Elle peut se transformer en une ou plusieurs autres molécules : on parle alors de réaction chimique ³. En revanche, les atomes eux-mêmes sont beaucoup plus stables et se conservent pendant une réaction chimique ³. Changer un atome en un autre demanderait des apports d'énergie bien plus grands, qui relèvent des réactions nucléaires ³.

C'est pourquoi le programme demande d'interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes ¹ : les mêmes atomes, après la réaction, sont rangés autrement et forment de nouvelles molécules.