À propos de cette page
Ce cours de chimie en cinquième sur « Les formules chimiques » 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 : Les atomes : constituants de la matière, Les symboles chimiques des éléments, Qu'est-ce qu'une molécule ?, La formule brute : lire et écrire. 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 · Les atomes : constituants de la matière
2 · Les symboles chimiques des éléments
3 · Qu'est-ce qu'une molécule ?
4 · La formule brute : lire et écrire
5 · Les indices dans une formule chimique
6 · Quelques molécules essentielles à connaître
7 · La formule développée (représentation de Lewis simplifiée)
8 · Conservation des atomes lors d'une transformation
1Les atomes : constituants de la matière
Toute la matière qui nous entoure — l'eau, l'air, les roches, notre corps — est constituée de particules très petites appelées atomes. Un atome est si minuscule qu'un million d'entre eux côte à côte représentent à peine le diamètre d'un cheveu.
Il existe environ 118 types d'atomes différents dans l'univers, appelés éléments chimiques. Chaque élément chimique possède des propriétés qui lui sont propres.
Définition. Un atome est la plus petite unité constitutive de la matière ordinaire. Il est électriquement neutre et composé d'un noyau entouré d'électrons.
Les atomes peuvent s'assembler entre eux pour former des structures plus grandes appelées molécules.
2Les symboles chimiques des éléments
Pour représenter les éléments chimiques de manière universelle (comprise dans tous les pays), les chimistes utilisent des symboles chimiques : une ou deux lettres, dont la première est toujours une majuscule.
| Élément | Symbole | À retenir |
|---|
| Hydrogène | H | Gaz très léger, le plus abondant de l'univers |
| Oxygène | O | Indispensable à la respiration |
| Carbone | C | Base de la chimie organique |
| Azote | N | 78 % de l'air |
| Chlore | Cl | Deux lettres, l première en majuscule |
| Sodium | Na | Du latin Natrium |
| Fer | Fe | Du latin Ferrum |
Attention ! Quand le symbole contient deux lettres, seule la première est une majuscule. Écrire CL au lieu de Cl pour le chlore est une erreur.
3Qu'est-ce qu'une molécule ?
Les atomes ne vivent que rarement seuls : ils s'associent pour former des molécules. Une molécule est un groupe d'au moins deux atomes liés entre eux par des liaisons chimiques.
Définition. Une molécule est un ensemble d'atomes liés chimiquement, électriquement neutre, constituant la plus petite unité d'un corps pur.
La molécule d'eau, par exemple, est constituée de 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène liés ensemble. On peut représenter une molécule de manière symbolique grâce à sa formule chimique.
Astuce. Une molécule diatomique est formée de deux atomes identiques. Par exemple, le dioxygène O₂ que nous respirons est une molécule diatomique : deux atomes d'oxygène liés.
4La formule brute : lire et écrire
La formule brute (ou formule moléculaire) est l'écriture chimique la plus simple d'une molécule. Elle indique :
- Les symboles des éléments présents dans la molécule ;
- Le nombre d'atomes de chaque élément (grâce aux indices).
Règle d'écriture. On écrit les symboles des éléments l'un à la suite de l'autre, puis on note le nombre d'atomes en indice inférieur (petit chiffre en bas à droite du symbole). Si un seul atome est présent, on n'écrit pas l'indice 1.
Exemple. La formule de l'eau est H₂O : 2 atomes d'hydrogène (H) et 1 atome d'oxygène (O). On n'écrit pas H₂O₁ mais bien H₂O.
De même, la formule du dioxyde de carbone est CO₂ : 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène.
5Les indices dans une formule chimique
L'indice est le petit chiffre écrit en bas à droite d'un symbole dans une formule chimique. Il indique le nombre d'atomes de l'élément correspondant dans la molécule.
Attention ! L'indice porte uniquement sur l'atome qui le précède, pas sur toute la formule. Dans H₂O, le 2 concerne uniquement H (hydrogène), pas O (oxygène).
Exemple — Compter les atomes dans C₆H₁₂O₆ (glucose) :
• C : 6 atomes de carbone
• H : 12 atomes d'hydrogène
• O : 6 atomes d'oxygène
→ Total : 24 atomes dans une molécule de glucose.
Si l'indice n'est pas écrit, il est implicitement égal à 1. Dans CO₂, il y a 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène.
6Quelques molécules essentielles à connaître
En 5e, il est important de reconnaître et savoir utiliser les formules de quelques molécules très courantes :
| Nom | Formule | Atomes (nature et nombre) |
|---|
| Eau | H₂O | 2 H + 1 O |
| Dioxygène | O₂ | 2 O |
| Dihydrogène | H₂ | 2 H |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 1 C + 2 O |
| Méthane | CH₄ | 1 C + 4 H |
| Diazote | N₂ | 2 N |
| Ammoniac | NH₃ | 1 N + 3 H |
| Chlorure d'hydrogène | HCl | 1 H + 1 Cl |
Astuce. Les gaz dits « diatomiques » (O₂, H₂, N₂, Cl₂…) sont des molécules formées de 2 atomes identiques. On les rencontre très souvent en chimie.
7La formule développée (représentation simplifiée)
La formule développée montre, en plus des atomes, les liaisons chimiques entre eux (représentées par des tirets). Elle donne une image de la structure de la molécule.
Définition. La formule développée représente tous les atomes et toutes les liaisons entre eux. Chaque tiret (—) symbolise une liaison covalente entre deux atomes.
Exemple — Eau H₂O :
Formule développée : H — O — H
On voit que chaque atome d'hydrogène est lié à l'oxygène central.
Exemple — Méthane CH₄ :
L'atome de carbone est lié à 4 atomes d'hydrogène :
H — C — H (avec deux autres H au-dessus et en dessous du C)
La formule brute et la formule développée décrivent la même molécule, mais avec un niveau de détail différent.
8Conservation des atomes lors d'une transformation chimique
Lors d'une réaction chimique, les atomes ne sont ni créés ni détruits : ils se réarrangent pour former de nouvelles molécules. C'est la loi de conservation des atomes (ou loi de Lavoisier).
Loi de conservation. Au cours d'une réaction chimique, le nombre et la nature des atomes sont conservés. La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.
Exemple. La combustion de l'hydrogène :
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
• Réactifs : 4 atomes H + 2 atomes O
• Produits : 4 atomes H + 2 atomes O
→ Les atomes sont conservés !
Astuce. Pour vérifier qu'une équation chimique est équilibrée, compte le nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés de la flèche. Il doit être identique.
★À retenir
En bref :
• Un atome est la plus petite unité de la matière ; chaque élément a un symbole (1 ou 2 lettres, 1ère en majuscule).
• Une molécule est un groupement d'au moins 2 atomes liés par des liaisons chimiques.
• La formule brute indique la nature et le nombre d'atomes de chaque élément (l'indice = nombre d'atomes).
• Si l'indice n'est pas écrit, il vaut 1.
• Molécules à connaître : H₂O (eau), O₂ (dioxygène), CO₂ (dioxyde de carbone), CH₄ (méthane), N₂ (diazote).
• Loi de conservation : lors d'une réaction chimique, les atomes sont conservés en nombre et en nature.