Les formules chimiques

Exercice 1 — Symboles et éléments chimiques
1. Noms des éléments :

• H → Hydrogène
• O → Oxygène
• C → Carbone
• N → Azote
• Cl → Chlore

2. Symboles des éléments :

• Sodium → Na (du latin Natrium)
• Fer → Fe (du latin Ferrum)
• Azote → N
• Carbone → C

3. Règle d'écriture des symboles chimiques :
On écrit Cl car la première lettre d'un symbole chimique est toujours une majuscule, et la deuxième lettre (si elle existe) est toujours une minuscule. Écrire CL (deux majuscules) ou cl (deux minuscules) ne respecte pas cette convention internationale.

4. Deux différences entre un atome et une molécule :

• Un atome est la plus petite unité d'un élément chimique ; il ne peut pas être divisé en unités plus petites par des moyens chimiques. Une molécule est formée d'au moins deux atomes liés par des liaisons chimiques.
• Un atome représente un seul élément (ex. C, H, O…), tandis qu'une molécule peut regrouper plusieurs éléments différents (ex. H₂O contient H et O).

Exercice 2 — Lecture de formules chimiques
1. Analyse de CH₄ (méthane) :

• Carbone (C) : 1 atome (pas d'indice écrit → indice implicite = 1)
• Hydrogène (H) : 4 atomes (indice 4)
• Nombre total d'atomes : 1 + 4 = 5 atomes

2. Analyse de C₆H₁₂O₆ (glucose) :

• Carbone (C) : 6 atomes (indice 6)
• Hydrogène (H) : 12 atomes (indice 12)
• Oxygène (O) : 6 atomes (indice 6)
• Nombre total d'atomes : 6 + 12 + 6 = 24 atomes

3. Vrai ou Faux — « Dans CO₂, il y a 2 atomes de carbone » :
FAUX. Dans CO₂ :

• Le symbole C est sans indice → il y a 1 seul atome de carbone.
• Le symbole O porte l'indice 2 → il y a 2 atomes d'oxygène.

L'indice 2 de CO₂ s'applique uniquement à l'oxygène (O), pas au carbone (C).

Exercice 3 — Écriture de formules chimiques
1. 2 atomes d'hydrogène + 1 atome de soufre :
Formule : H₂S
On écrit H avec l'indice 2, puis S sans indice (car 1 atome → indice 1 non écrit).

2. 1 atome d'azote + 3 atomes d'hydrogène :
Formule : NH₃
On écrit N sans indice (1 atome), puis H avec l'indice 3. C'est la formule de l'ammoniac.

3. 1 atome de carbone + 4 atomes de chlore :
Formule : CCl₄
On écrit C sans indice (1 atome), puis Cl avec l'indice 4 (tétrachlorométhane).

4. Pourquoi H₂O et non H₂O₁ :
Par convention, on n'écrit jamais l'indice 1 dans une formule chimique. Lorsqu'aucun indice n'apparaît après un symbole, cela signifie implicitement qu'il y a 1 seul atome de cet élément. Écrire H₂O₁ serait redondant et incorrect selon les règles de notation chimique.

Exercice 4 — Conservation des atomes
1. Loi de conservation des atomes (loi de Lavoisier) :
Au cours d'une réaction chimique, les atomes ne sont ni créés, ni détruits : ils se réarrangent pour former de nouvelles molécules. Le nombre et la nature des atomes sont identiques avant et après la réaction. Cela implique que la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.

2. Vérification pour 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O :

• Côté réactifs :
  • 2 H₂ = 2 × 2 = 4 atomes H
  • 1 O₂ = 1 × 2 = 2 atomes O
• Côté produits :
  • 2 H₂O = 2 × 2 = 4 atomes H
  • 2 H₂O = 2 × 1 = 2 atomes O

4 H = 4 H et 2 O = 2 O → La loi de conservation est bien respectée.

3. H₂ + O₂ → H₂O est-elle équilibrée ?
Non, cette réaction n'est pas équilibrée.

• Côté réactifs : 2 atomes H + 2 atomes O
• Côté produits (H₂O) : 2 atomes H + 1 atome O

Il y a 2 atomes O à gauche mais seulement 1 à droite : la loi de conservation n'est pas respectée. La forme équilibrée correcte est : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.

Exercice 5 — Synthèse
1. Molécules diatomiques parmi H₂O, CO₂, CH₄, O₂, N₂ :
Une molécule diatomique est formée de 2 atomes identiques.

• O₂ → 2 atomes d'oxygène identiques ✓ (diatomique)
• N₂ → 2 atomes d'azote identiques ✓ (diatomique)
• H₂O → 3 atomes (H, H, O), atomes différents → non diatomique
• CO₂ → 3 atomes (C, O, O), éléments différents → non diatomique
• CH₄ → 5 atomes (C, H, H, H, H) → non diatomique

Les molécules diatomiques sont donc : O₂ et N₂.

2. Différence entre formule brute et formule développée :
La formule brute (ou formule moléculaire) indique uniquement la nature et le nombre d'atomes de chaque élément présent dans la molécule, sans montrer comment ils sont reliés.
Exemple : H₂O → 2 atomes H et 1 atome O.

La formule développée représente, en plus, toutes les liaisons chimiques entre les atomes (symbolisées par des tirets). Elle donne une image de la structure de la molécule.
Exemple : H—O—H (eau) → on voit que chaque H est lié à l'atome O central.

En résumé : la formule brute dit quoi (les atomes), la formule développée dit comment (les liaisons).