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Chimie 4ᵉ

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Formules chimiques : lire et écrire une molécule

Ce que dit une formule (symboles, indices, coefficient) et ce qu’elle ne dit pas ; nommer une molécule avec les préfixes et connaître les molécules usuelles ; lire les modèles moléculaires éclatés et compacts ; distinguer corps pur simple et corps pur composé ; écrire une formule sans erreur

À propos de cette page
Ce cours de chimie de 4e apprend à lire et écrire les formules chimiques en cinq parties : ce que dit une formule (et ce qu’elle ne dit pas), les préfixes et les molécules à connaître, les modèles moléculaires éclatés et compacts avec leur code couleur, les corps purs simples ou composés, et les erreurs d’écriture à éviter.
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Ce que dit une formule, et ce qu’elle ne dit pas

En 5e, tu as appris à lire une formule : l’indice compte les atomes d’une sorte, le coefficient placé devant compte les molécules (Atomes et molécules). En 4e, la formule devient l’outil pour nommer, représenter et classer les espèces chimiques.

Ce qu’il faut savoir • La formule d’une molécule indique les sortes d’atomes qui la composent (leurs symboles) et le nombre d’atomes de chaque sorte (les indices, écrits en bas à droite ; pas d’indice : 1 atome).
• Toutes les molécules d’une même espèce chimique ont la même formule. Changer un seul indice, c’est changer d’espèce : CO (monoxyde de carbone, très toxique) n’est pas CO₂ ; O₂ (dioxygène) n’est pas O₃ (ozone) ; H₂O (eau) n’est pas H₂O₂ (peroxyde d’hydrogène, la molécule de l’eau oxygénée).
• Pour un échantillon de plusieurs molécules : nombre d’atomes d’une sorte = coefficient × indice ; s’il y a plusieurs espèces, on additionne.
• Ce que la formule ne dit pas : comment les atomes sont disposés et reliés (la forme de la molécule), ni l’état de l’espèce (solide, liquide ou gaz).
Élément de l’écritureOù ?Ce qu’il compte
symbole (H, C, O, Cl…)une majuscule, parfois suivie d’une minusculeune sorte d’atome
indiceen bas à droite du symboleles atomes de cette sorte dans une molécule
coefficientdevant la formule, en taille normalele nombre de molécules
Exemples

Lire une grande formule. Le limonène, qui donne leur odeur aux écorces d’orange, a pour formule C₁₀H₁₆ : 10 atomes de carbone et 16 atomes d’hydrogène, soit 10 + 16 = 26 atomes, de 2 sortes. Dans 2 C₁₀H₁₆, il y a 2 × 16 = 32 atomes d’hydrogène.

Même formule, deux espèces. Le glucose et le fructose, deux sucres des fruits et du miel, ont la même formule C₆H₁₂O₆ : 6 + 12 + 6 = 24 atomes. Pourtant ce sont deux espèces différentes, car leurs atomes ne sont pas reliés de la même façon. La formule seule ne permet pas de les distinguer.

Réflexe — je lis la formule symbole par symbole : la sorte d’atome, puis l’indice qui suit (rien = 1). S’il y a un coefficient, je multiplie chaque indice par lui.

Attention — l’indice ne porte que sur le symbole juste avant lui : dans C₁₀H₁₆, le 10 compte les carbones, le 16 les hydrogènes. Et deux formules différentes, même d’un seul atome, désignent deux espèces différentes.

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Nommer une molécule : préfixes et noms d’usage

Une molécule a un nom et une formule. Pour beaucoup de molécules, le nom se traduit en formule grâce à des préfixes.

Ce qu’il faut savoir • Les préfixes donnent un nombre d’atomes : mono- 1, di- 2, tri- 3, tétra- 4, penta- 5, hexa- 6.
• Le préfixe compte les atomes du mot qui le suit. Dans « dioxyde de carbone », di- compte les atomes d’oxygène ; « carbone » n’a pas de préfixe : 1 atome. Formule : CO₂.
• Le premier mot désigne un atome par sa terminaison : oxyde → oxygène O ; chlorure → chlore Cl ; sulfure → soufre S ; fluorure → fluor F. Deux symboles nouveaux : P pour le phosphore, F pour le fluor.
• Dans la formule, on écrit d’abord le symbole de l’atome nommé en dernier : tétrachlorure de carbone → CCl₄.
• Certaines molécules gardent un nom d’usage, sans préfixe, à apprendre : eau, méthane, ammoniac, glucose, ozone, protoxyde d’azote.
PréfixeNombreExemple
mono-1monoxyde de carbone : CO
di-2dioxyde de soufre : SO₂
tri-3trioxyde de soufre : SO₃
tétra-4tétrachlorure de carbone : CCl₄
penta-5pentachlorure de phosphore : PCl₅
hexa-6hexafluorure de soufre : SF₆

Les molécules à connaître

NomFormuleOù la rencontre-t-on ?
dioxygèneO₂environ 21 % de l’air ; respiration, combustions
diazoteN₂environ 78 % de l’air
dihydrogèneH₂gaz très inflammable ; carburant de fusée
eauH₂Oboissons, corps humain, océans
dioxyde de carboneCO₂air expiré, boissons gazeuses, combustions
monoxyde de carboneCOgaz très toxique des combustions incomplètes
méthaneCH₄gaz naturel
ammoniacNH₃engrais, produits d’entretien
protoxyde d’azoteN₂Ocartouches des siphons à chantilly ; gaz qui calme la douleur à l’hôpital
dioxyde de soufreSO₂polluant de certaines combustions ; conservateur du vin
Exemples

Du nom à la formule. « Trioxyde de soufre » : tri- devant oxyde, 3 atomes d’oxygène ; pas de préfixe devant soufre, 1 atome. On écrit d’abord le soufre, nommé en dernier : SO₃. Vérification : 1 + 3 = 4 atomes.

De la formule au nom. NO₂ : 1 atome d’azote et 2 atomes d’oxygène → dioxyde d’azote. Un nom d’usage, lui, ne se devine pas : NH₃ s’appelle l’ammoniac.

Réflexe — je découpe le nom en morceaux « préfixe + atome » ; chaque préfixe devient un indice ; pas de préfixe : 1 atome. J’écris d’abord l’atome nommé en dernier.

Attention — dans « dioxyde de carbone », di- compte les oxygènes, pas les carbones. Devant « oxyde », mono- devient « mon » : monoxyde. Le protoxyde d’azote, détourné de son usage et respiré, est dangereux : sa vente aux mineurs est interdite en France depuis 2021.

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Les modèles moléculaires

Une formule se lit ; un modèle moléculaire se regarde et se manipule. En classe, on le construit avec une boîte de modèles.

Ce qu’il faut savoir • Dans un modèle moléculaire, chaque atome est une boule. Le code couleur habituel : H blanc, C noir, O rouge, N bleu, S jaune, Cl vert.
• Le modèle éclaté relie les boules par des tiges, qui montrent quels atomes sont liés : on compte facilement les atomes. Le modèle compact colle les boules : il montre mieux la place qu’occupe la molécule, mais certaines boules sont en partie cachées.
• Le modèle montre ce que la formule ne dit pas : la disposition des atomes. La molécule de dioxyde de carbone CO₂ est alignée ; celle d’eau H₂O est coudée, en forme de V ; dans le méthane CH₄, quatre atomes d’hydrogène entourent le carbone.
• Un modèle est une représentation : les vrais atomes ne sont ni colorés ni reliés par des tiges, et ils sont plus de dix millions de fois plus petits que les boules.
H₂OeauCO₂dioxyde de carboneCH₄méthaneNH₃ammoniacH : blancC : noirO : rougeN : bleuS : jauneCl : vert

Modèles éclatés de quatre molécules à connaître, avec le code couleur.

eauéclatéeaucompactméthaneéclatéméthanecompact

La même molécule en modèle éclaté et en modèle compact : la représentation change, pas la molécule.

Exemples

Du modèle à la formule. Un modèle éclaté montre une boule bleue reliée à trois boules blanches : 1 atome d’azote et 3 atomes d’hydrogène, NH₃, l’ammoniac.

Une boîte de modèles. Avec 10 boules blanches et 3 boules rouges, combien de molécules d’eau H₂O peut-on construire ? Blanches : 10 ÷ 2 = 5 molécules possibles ; rouges : 3 ÷ 1 = 3 molécules possibles. Les rouges s’épuisent les premières : 3 molécules, et il reste 10 − 6 = 4 boules blanches.

Réflexe — je nomme chaque couleur avec le code (blanc H, noir C, rouge O, bleu N, jaune S, vert Cl), je compte les boules de chaque couleur, puis j’écris chaque symbole suivi de son indice.

Attention — dans un modèle compact, compte aussi les boules à moitié cachées. Et H₂O et CO₂ ont toutes deux 3 atomes, mais pas la même forme : la formule ne le montre pas, le modèle si.

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Corps pur simple ou corps pur composé

En 5e, tu as distingué un corps pur, fait d’une seule espèce chimique, d’un mélange (Corps purs et mélanges). La formule permet d’aller plus loin : classer les corps purs eux-mêmes.

Ce qu’il faut savoir • Un corps pur simple est fait d’une seule sorte d’atome : des molécules comme O₂, N₂, H₂, Cl₂, O₃, ou des atomes, comme le fer Fe, le cuivre Cu, le néon Ne ou l’hélium He.
• Un corps pur composé est fait de molécules qui contiennent au moins deux sortes d’atomes : H₂O, CO₂, CH₄, NH₃, CO.
• « Simple » ne veut pas dire « petit » : on compte les sortes d’atomes, pas les atomes. Le soufre solide est fait de molécules S₈, de 8 atomes : c’est un corps pur simple. CO n’a que 2 atomes, mais de 2 sortes : c’est un corps pur composé.
• Un mélange contient plusieurs espèces. Ne confonds pas « composé » et « mélange » : l’eau pure est un corps pur composé, pas un mélange de dihydrogène et de dioxygène.
Cl₂simpleO₃simpleHClcomposéH₂O₂composé

Une seule couleur de boules : corps pur simple. Au moins deux couleurs dans la même molécule : corps pur composé.

Exemples

L’ozone. O₃ contient trois atomes, tous d’oxygène : c’est un corps pur simple, comme le dioxygène O₂. Ce sont pourtant deux espèces différentes.

Un mélange de deux corps simples. Un ballon contient du dihydrogène et du dioxygène : deux espèces, c’est un mélange de deux corps purs simples. Si une étincelle les fait réagir, il se forme de l’eau : un corps pur composé, aux propriétés différentes.

Réflexe — combien de symboles différents dans la formule ? Un seul : corps pur simple. Deux ou plus : corps pur composé. Plusieurs espèces : mélange.

Attention — « simple » ≠ « petit » (S₈ est simple) et « composé » ≠ « mélange » (l’eau pure est un corps pur composé).

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Écrire une formule sans erreur

En 5e, tu as vu qu’une majuscule change tout : Co, le cobalt, n’est pas CO (Atomes et molécules). Une formule mal écrite désigne une autre espèce, ou rien du tout. Quatre règles suffisent pour l’éviter.

Ce qu’il faut savoir • Majuscules : chaque symbole commence par une majuscule, suivie parfois d’une minuscule. NO (monoxyde d’azote) n’est pas No, le symbole du nobélium ; le chlore s’écrit Cl, jamais CL.
• Indices : en bas à droite du symbole qu’ils comptent, jamais en haut ; l’indice 1 ne s’écrit pas : CO₂, pas C₁O₂.
• Coefficient : pour plusieurs molécules, le nombre se place devant la formule, sans toucher aux indices : trois molécules de dioxyde de carbone s’écrivent 3 CO₂, et non C₃O₆, qui serait une seule molécule de 9 atomes.
• Ordre d’usage : on garde l’ordre des symboles fixé par l’usage : H₂O, NH₃, CH₄, CO₂. OH₂ décrit les mêmes atomes, mais ce n’est pas l’écriture reconnue de l’eau.
Exemples

Relire à voix haute. « H deux O » : deux atomes d’hydrogène, un atome d’oxygène. Si ce que tu lis ne correspond pas à l’énoncé, la formule est fausse.

Une copie corrigée. Pour « deux molécules de dioxyde de soufre », un élève écrit S₂O₄ : cette écriture désigne une seule molécule de 6 atomes. Il fallait écrire 2 SO₂ : deux molécules séparées de 3 atomes chacune.

Réflexe — avant de rendre une formule, je vérifie : majuscule au début de chaque symbole, indices en bas, pas d’indice 1, coefficient devant, ordre d’usage.

Attention — une seule lettre changée peut désigner une autre espèce, ou un atome à la place d’une molécule : No est un atome de nobélium, NO une molécule de monoxyde d’azote.

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+

Pour aller plus loin

Dans les chapitres suivants. Pendant une transformation chimique, les atomes se conservent et la masse aussi : Conservation de la masse. Les formules servent à écrire et ajuster les équations de réaction : Équation de réaction : écrire et ajuster.

Pour aller plus loin. Les molécules de l’air : L’air : composition, molécules et dissolution des gaz. Les formules du méthane, du butane et du propane dans les combustions : Combustions. En 3e, le tableau périodique rangera tous les symboles des atomes, et on verra des écritures avec des signes + et − en haut à droite : celles des ions.

À retenir
  • Une formule donne les sortes d’atomes d’une molécule (symboles) et leur nombre (indices, rien = 1) ; un coefficient devant compte les molécules. Un indice changé, c’est une autre espèce. La formule ne dit pas la forme de la molécule.
  • Préfixes : mono- 1, di- 2, tri- 3, tétra- 4, penta- 5, hexa- 6, portés par le mot qui suit. Oxyde → O, chlorure → Cl, sulfure → S, fluorure → F ; l’atome nommé en dernier s’écrit en premier. À connaître : O₂, N₂, H₂, H₂O, CO₂, CO, CH₄, NH₃, N₂O, SO₂.
  • Modèles : H blanc, C noir, O rouge, N bleu, S jaune, Cl vert. Éclaté : boules et tiges ; compact : boules collées. Le modèle montre la forme (CO₂ alignée, H₂O coudée).
  • Corps pur simple : une seule sorte d’atome (O₂, O₃, S₈, fer). Corps pur composé : au moins deux sortes (H₂O, CO). Simple ne veut pas dire petit, composé ne veut pas dire mélange.
  • Écrire juste : majuscule puis minuscule (NO n’est pas No), indices en bas, pas d’indice 1, coefficient devant (3 CO₂), ordre d’usage (H₂O, NH₃).

Questions fréquentes

Que dit une formule chimique ?

Elle donne les sortes d’atomes d’une molécule, par leurs symboles, et le nombre d’atomes de chaque sorte, par les indices écrits en bas à droite (pas d’indice : 1 atome). Un indice changé désigne une autre espèce : CO n’est pas CO₂. Elle ne dit pas comment les atomes sont disposés.

Comment passer du nom d’une molécule à sa formule ?

Chaque préfixe donne un nombre : mono- 1, di- 2, tri- 3, tétra- 4, penta- 5, hexa- 6, pour les atomes du mot qui le suit ; sans préfixe, 1 atome. Oxyde désigne l’oxygène, chlorure le chlore. Trioxyde de soufre : 1 S et 3 O, soit SO₃.

Quel est le code couleur des modèles moléculaires ?

Hydrogène blanc, carbone noir, oxygène rouge, azote bleu, soufre jaune, chlore vert. Le modèle éclaté relie les boules par des tiges ; le modèle compact les colle les unes aux autres. Un modèle n’est qu’une représentation.

Quelle différence entre corps pur simple et corps pur composé ?

Un corps pur simple ne contient qu’une sorte d’atome (O₂, O₃, le fer) ; un corps pur composé en contient au moins deux (H₂O, CO). On compte les sortes d’atomes, pas les atomes : l’ozone O₃ est simple, le monoxyde de carbone CO est composé.

Quelles erreurs éviter en écrivant une formule ?

Une minuscule à la place d’une majuscule (No est le nobélium, pas le monoxyde d’azote), un indice 1 écrit (C₁O₂ au lieu de CO₂), un indice en haut, un coefficient fondu dans les indices (C₃O₆ au lieu de 3 CO₂), un ordre inhabituel (OH₂ au lieu de H₂O).

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