MOLÉCULE

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L'édifice moléculaire fonction de l'état physique

Quant aux électrons, ils suivent des trajectoires très compliquées qu'il n'est pas possible de décrire analytiquement. Étant donné leur vitesse, tout se passe à notre échelle comme si l'espace autour des noyaux était rempli par une densité continue d'électricité négative. C'est précisément cette densité que permet de calculer la mécanique quantique. L'analyse de cette densité montre que les électrons sont temporairement localisés entre certains couples de noyaux avant de s'échanger entre eux. C'est le phénomène de liaison chimique. Les tirets que le chimiste trace entre les symboles des atomes (qui représentent en fait, comme nous avons vu, plutôt les noyaux) sont la représentation conventionnelle de couples d'électrons (cf. liaisons chimiques). La molécule apparaît donc comme un ensemble de noyaux reliés entre eux par des paires d'électrons. Cet enchaînement des noyaux par l'intermédiaire des liaisons définit ce qu'on appelle la topologie de la molécule, notion plus souple que celle de configuration rigide et qui est valable même si la molécule peut se déformer sans rupture de liaisons comme dans le cas de chaînes flexibles.

Présentée de la sorte, la définition de la molécule paraît claire. En fait, un certain nombre de points méritent d'être précisés car l'édifice que l'on appelle molécule, pour une substance donnée, dépend de l'état physique que l'on considère ainsi que de la température.

Le cas le plus simple est celui où la substance en question est à l'état gazeux. Les diverses molécules, au sens où nous venons de les définir, sont quasi libres, se heurtant entre elles pour rebondir les unes sur les autres au gré de l'agitation thermique. Comme exemple, nous citerons les molécules d'oxygène O2, d'azote N2, de dioxyde de carbone CO2 ou encore d'eau H2O ainsi que la vapeur de la plupart des composés organiques (benzène, méthane, éthane, alcools, etc.). Avec une élévation de température, la molécule pourra être brisée. C'est ce qu'on appelle la dissociation thermique. Par exemple pour l'hydrogène, H2  2H. La lumière peut aussi avoir un effet destructeur, comme avec le chlore, Cl2  2Cl. Un cas encore plus complexe nous est offert par la vapeur de phosphore. Juste au-dessus du point d'ébullition du phosphore blanc, la vapeur est formée d'édifices P4 tétraédriques, puis, à des températures plus élevées, on a des édifices P2, puis enfin des atomes P. Analogue est le cas du chlorure de sodium fondu. Sa vapeur est d'abord constituée d'édifices (NaCl)2, puis NaCl. Avec les métaux (fer, mercure, etc.), on obtient en général directement des atomes libres. On dit que la vapeur est monoatomique. Dans cette catégorie, il faut aussi ajouter les gaz rares (hélium, néon, argon, etc.), dont les atomes ne s'associent pas entre eux.

Pour les liquides, la situation est assez analogue. Mais les déplacements des diverses entités sont plus lents, les molécules se gênant les unes les autres (phénomène de viscosité). Dans un grand nombre de cas, on peut cependant reconnaître dans le liquide les entités présentes à l'état gazeux au voisinage du point d'ébullition. C'est ce qui se passe avec le benzène ou le méthane à basse température. Mais il arrive aussi fréquemment qu'on observe toute une gamme d'agrégats plus ou moins stables et de taille variable construits à partir des molécules présentes à l'état gazeux, de sorte que la définition de la molécule devient floue. Ainsi, dans l'eau liquide, les diverses molécules H2O de la vapeur se retrouvent plus ou moins liées entre elles par des « liaisons faibles » dites liaisons hydrogène, qui se font et se défont au hasard des chocs.

Avec les solides apparaît un phénomène nouveau. En effet, lorsqu'on refroidit lentement un liquide, on voit se former des cristaux, édifices rigides caractérisés par une structure périodique développée en général suivant trois directions. Mais un cristal ne saurait être infini, sa périodicité est nécessairement interrompue au niveau de ses faces. Pour éviter toute confusion, on désigne un édifice possédant une structure périodique dans toute son étendue sous le nom de monocristal. Le solide cristallisé que l'on obtient en général n'est qu'un agrégat de monocristaux, plus ou moins enche [...]

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  • : professeur émérite à l'université de Provence

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Pour citer l’article

André JULG, « MOLÉCULE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/molecule/