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Maths, Physique, Chimie


Les mathématiques

Didier Perret [DR]

Didier Perret

Docteur

Section de chimie et biochimie
Université de Genève

Bonjour Jiyu! On ne "définit" pas véritablement l'emplacement des atomes dans une molécule (car sinon, cela signifierait qu'on "imposerait" une structure moléculaire imaginée par l’homme)!

En revanche, l'emplacement que prennent par eux-mêmes les atomes dans une molécule résulte des caractéristiques de chaque atome.

Les molécules sont constituées d'atomes qui se lient entre eux selon des lois imposées par la Nature en mettant en commun des électrons (les particules chargées négativement qui gravitent autour du noyau des atomes). Il faut toujours deux électrons pour qu'une liaison se crée, à l'image de deux personnes qui se saluent en se serrant la main.

Lorsque des électrons sont mis en commun entre deux atomes, la liaison formée stabilise l'ensemble par rapport aux deux atomes isolés. La mise en commun n'est pas toujours équitable: dans certains cas, l'un des atomes attire vers lui – légèrement ou fortement – l'électron provenant de l'autre atome. Cette affinité variable découle des caractéristiques intrinsèques des atomes: de manière simple, plus un atome est situé en haut et à droite du tableau périodique des éléments (à l’exception des atomes de gaz inertes classés dans la dernière colonne), plus cet atome a une forte affinité pour les électrons.

Ceci ne nous permet pas de comprendre comment les atomes se positionnent dans une molécule, mais de prédire quels atomes seraient susceptibles de former des liaisons avec d'autres atomes. Le facteur déterminant dans l'agencement des atomes dans une molécule, c’est le nombre d’électrons qu'un atome peut mettre à disposition pour créer des liaisons.

Dans le cas précis du dioxyde de carbone CO2, l'atome de carbone possède un total de 6 électrons, dont 4 électrons dits "de valence" qui peuvent créer des liaisons (ce sont les électrons les plus éloignés du noyau atomique), tandis que l'atome d'oxygène possède un total de 8 électrons, dont 6 électrons de valence.

Pour le carbone, la Nature veut que les 4 électrons de valence peuvent former 4 liaisons (contrairement à ce qu'on pourrait croire, mais c'est un autre débat…), tandis que pour l'oxygène, seuls 2 des 6 électrons de valence peuvent former des liaisons.

On comprend aisément, dans ce cas précis, que l'atome de carbone doit logiquement se trouver au centre de la molécule, et chacun des 2 atomes d'oxygène doit se trouver de part et d'autre du carbone. L'atome de carbone fournit en effet 2 de ses 4 électrons disponibles à un atome d'oxygène (qui fournit ses 2 électrons disponibles au carbone), et ses 2 autres électrons disponibles à l'autre atome d'oxygène (qui fournit aussi ses 2 électrons disponibles au carbone). Au final, le carbone forme donc bien 2 liaisons (chacune contenant 2 électrons) avec chaque oxygène!

Il faut noter ici que de nombreux raccourcis ont été pris pour expliquer comment la molécule de CO2 est agencée. Le débat est ouvert pour de nombreuses autres questions sur le sujet!

22.05.17