À propos de cette page
Ce cours de chimie en cinquième sur « Atomes et molécules » suit le programme officiel de chimie de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : La matière est constituée d'atomes, Les symboles des éléments chimiques, La structure de l'atome : noyau et électrons, Les molécules : assemblage d'atomes. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en chimie.
Au programme
1 · La matière est constituée d'atomes
2 · Les symboles des éléments chimiques
3 · La structure de l'atome : noyau et électrons
4 · Les molécules : assemblage d'atomes
5 · Lire et écrire une formule chimique
6 · Les principales molécules de la vie courante
7 · La conservation de la matière
8 · Des atomes aux états de la matière
1La matière est constituée d'atomes
Toute la matière qui nous entoure — l'eau, l'air, les roches, notre corps — est composée de minuscules particules appelées atomes. Ces particules sont si petites qu'on ne peut pas les voir à l'œil nu, ni même avec un microscope ordinaire.
Définition. Un atome est la plus petite entité d'un élément chimique. La matière est composée d'atomes assemblés de différentes façons.
Le rayon d'un atome est de l'ordre de 10⁻¹⁰ m (un dix-milliardième de mètre), soit environ 0,1 nanomètre (0,1 nm). Si un atome était agrandi à la taille d'une orange, une orange serait aussi grande que la Terre !
Astuce. Pour se représenter l'échelle : il y a plus d'atomes dans un verre d'eau que de verres d'eau dans tous les océans de la Terre réunis.
Il existe environ 118 éléments chimiques différents, chacun constitué d'un seul type d'atome. Ces éléments sont répertoriés dans le tableau périodique des éléments.
2Les symboles des éléments chimiques
Chaque élément chimique est représenté par un symbole international, composé d'une ou deux lettres. La première lettre est toujours en majuscule, la deuxième (si elle existe) est en minuscule.
Attention ! Ne jamais écrire deux majuscules pour un symbole : CO désigne le monoxyde de carbone (un seul atome de C et un seul de O), mais Co est le cobalt. La casse est essentielle !
| Élément | Symbole | Origine |
|---|
| Hydrogène | H | Hydrogène |
| Carbone | C | Carbone |
| Oxygène | O | Oxygène |
| Azote | N | Nitrogène (latin) |
| Soufre | S | Sulfur (latin) |
| Chlore | Cl | Chlore |
| Sodium | Na | Natrium (latin) |
| Fer | Fe | Ferrum (latin) |
| Cuivre | Cu | Cuprum (latin) |
| Calcium | Ca | Calcium |
Astuce. Certains symboles viennent du latin (Na = Natrium pour sodium, Fe = Ferrum pour fer). Si tu rencontres un symbole inattendu, c'est souvent une origine latine ou grecque !
3La structure de l'atome : noyau et électrons
L'atome n'est pas une sphère pleine. Il possède une structure interne avec deux parties distinctes :
- Le noyau, situé au centre, très petit et très dense. Il contient des protons (chargés positivement) et des neutrons (sans charge électrique).
- Le nuage électronique, qui entoure le noyau. Il est formé d'électrons (chargés négativement) en mouvement rapide.
Règle. Un atome est électriquement neutre : le nombre de protons dans le noyau est égal au nombre d'électrons autour du noyau.
| Particule | Charge | Localisation | Masse relative |
|---|
| Proton | +1 | Noyau | 1 |
| Neutron | 0 | Noyau | 1 |
| Électron | -1 | Nuage électronique | ≈ 0 (1/1836) |
Le numéro atomique Z d'un élément est le nombre de protons dans son noyau. Par exemple, l'hydrogène a Z = 1, le carbone a Z = 6, l'oxygène a Z = 8.
Exemple. L'atome de carbone (C) possède 6 protons et 6 électrons. Son noyau contient habituellement 6 neutrons aussi. Sa masse est donc essentiellement dans le noyau.
Attention ! Le noyau est extrêmement petit par rapport à l'atome entier : si l'atome avait la taille d'un stade de foot, le noyau serait de la taille d'une bille au centre !
4Les molécules : assemblage d'atomes
La plupart des substances pures que nous connaissons ne sont pas formées d'atomes isolés, mais de molécules : des groupements d'atomes liés entre eux.
Définition. Une molécule est un ensemble d'au moins deux atomes liés chimiquement. La liaison entre atomes s'appelle une liaison covalente.
Une molécule peut être formée :
- d'atomes d'un seul élément : ce sont les molécules simples (ex. : O₂, N₂, H₂).
- d'atomes de plusieurs éléments différents : ce sont les molécules composées (ex. : H₂O, CO₂, CH₄).
Exemple. La molécule d'eau (H₂O) est une molécule composée de 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène, liés entre eux. Elle a une forme coudée, ce qui lui donne des propriétés particulières.
La représentation graphique d'une molécule à l'aide de traits pour symboliser les liaisons s'appelle la formule développée ou le modèle moléculaire.
Astuce. Les gaz de l'air sont principalement des molécules : N₂ (diazote) et O₂ (dioxygène). Ces deux atomes se « tiennent par la main » deux par deux.
5Lire et écrire une formule chimique
La formule chimique d'une molécule indique quels éléments la composent et combien d'atomes de chaque élément elle contient.
Convention. Dans une formule chimique : le symbole de chaque élément est suivi d'un indice (petit chiffre en bas à droite) indiquant le nombre d'atomes de cet élément. Si l'indice est 1, on ne l'écrit pas.
Exemple. Lire la formule
C₆H₁₂O₆ (glucose) :
- C₆ → 6 atomes de carbone
- H₁₂ → 12 atomes d'hydrogène
- O₆ → 6 atomes d'oxygène
- Total : 24 atomes par molécule
| Molécule | Formule | Atomes présents |
|---|
| Eau | H₂O | 2 H + 1 O |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 1 C + 2 O |
| Méthane | CH₄ | 1 C + 4 H |
| Dihydrogène | H₂ | 2 H |
| Dioxygène | O₂ | 2 O |
| Diazote | N₂ | 2 N |
| Chlorure d'hydrogène | HCl | 1 H + 1 Cl |
Attention ! La formule 2 H₂O désigne 2 molécules d'eau (4 atomes d'H et 2 atomes d'O au total). Le chiffre devant la formule multiplie la molécule entière ; l'indice en bas ne concerne que l'élément qui le précède.
6Les principales molécules de la vie courante
Autour de nous, de nombreuses substances sont formées de molécules que l'on peut identifier par leur formule chimique.
| Substance | Formule | Présence / Rôle |
|---|
| Eau | H₂O | Boisson, solvant universel, milieu de vie |
| Dioxygène | O₂ | Respiration, combustion |
| Diazote | N₂ | 78 % de l'air, peu réactif |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Gaz à effet de serre, photosynthèse, boissons gazeuses |
| Méthane | CH₄ | Gaz naturel, combustible |
| Glucose | C₆H₁₂O₆ | Sucre simple, source d'énergie des cellules |
| Sel de cuisine | NaCl | Chlorure de sodium, assaisonnement |
| Ammoniac | NH₃ | Produit ménager, engrais |
Astuce. Quand tu lis une étiquette de produit alimentaire ou ménager, les formules chimiques te donnent des informations précises sur la composition. Le « E290 » des boissons gazeuses correspond au CO₂ !
Exemple. Le vinaigre contient de l'acide acétique (CH₃COOH ou C₂H₄O₂). On y trouve des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène.
7La conservation de la matière
Lors d'une transformation chimique (ou réaction chimique), des molécules disparaissent et de nouvelles se forment. Pourtant, les atomes ne sont jamais créés ni détruits : ils sont simplement réarrangés.
Loi de conservation de la matière. Au cours d'une réaction chimique, les atomes se réarrangent mais leur nombre et leur nature restent inchangés. La masse totale des produits est égale à la masse totale des réactifs.
Exemple. Combustion du méthane :
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂OVérification :
- Réactifs : 1 C, 4 H, 4 O
- Produits : 1 C, 4 H, 4 O ✓
Les atomes sont conservés !
Cette loi a été établie par le chimiste français Antoine Lavoisier (1743-1794), qui énonça : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »
Attention ! La conservation des atomes ne signifie pas que tout reste pareil : les propriétés des molécules formées sont souvent très différentes de celles des réactifs. Par exemple, H₂ et O₂ sont des gaz inflammables/comburants, mais H₂O est de l'eau liquide !
8Des atomes aux états de la matière
Les atomes et les molécules s'organisent différemment selon l'état de la matière (solide, liquide, gaz), ce qui explique les propriétés que l'on observe à notre échelle.
| État | Organisation des atomes/molécules | Propriétés observables |
|---|
| Solide | Très proches, ordonnés, liaisons fortes, vibrent sur place | Volume et forme fixe, peu compressible |
| Liquide | Proches, désordonnés, se déplacent librement | Volume fixe, forme variable, peu compressible |
| Gaz | Éloignés, agitation rapide et désordonnée, liaisons quasi nulles | Volume et forme variables, très compressible |
Lors d'un changement d'état (fusion, vaporisation, solidification…), les molécules ne sont pas modifiées : seules les distances et les interactions entre elles changent. La formule chimique de la substance reste identique.
Exemple. Qu'il soit sous forme de glace (solide), d'eau liquide ou de vapeur d'eau (gaz), c'est toujours la même molécule H₂O. Seule l'organisation des molécules entre elles change.
Astuce. Pour un gaz, les molécules sont si éloignées que l'on peut comprimer le gaz facilement. Pour un solide ou un liquide, les atomes se touchent presque : on ne peut pas les comprimer.
★À retenir
À retenir :
• La matière est composée d'atomes, particules extrêmement petites (≈ 10⁻¹⁰ m).
• Un atome est formé d'un noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons ; il est électriquement neutre.
• Chaque élément a un symbole chimique international (1 ou 2 lettres, 1ʳᵉ en majuscule).
• Une molécule = assemblage d'au moins 2 atomes liés. La formule chimique donne la nature et le nombre d'atomes.
• Conservation de la matière : lors d'une réaction, les atomes sont conservés (Lavoisier).
• L'état de la matière (solide/liquide/gaz) dépend de l'organisation des atomes/molécules, pas de leur nature.