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Sauter à un chapitre clé
Horrifiés par cette connaissance, plus de 86 % de ses camarades de classe ont signé la pétition pour l'interdire, sans se douter que le monoxyde de dihydrogène n'est rien d'autre que de l'eau[1] Oui, il te tuera si tu te noies, sa vapeur provoque de graves brûlures, et les cellules tumorales ont une teneur en eau plus élevée que les cellules normales. Tout cela n'a pas été inventé, ce sont des faits. La farce a réussi parce que les gens n'ont pas pensé à écrire sa formule chimique à partir du nom monoxyde de dihydrogène,H2O. S'ils avaient pris le temps d'écrire la formule, ils ne seraient pas tombés dans le piège de Nathan. Le projet de Nathan intitulé"Quelle est notre crédulité ?" a remporté un prix lors du concours.
Par conséquent, si nous ne voulons pas être victimes de telles farces, nous devons savoir comment écrire des formules chimiques. Viens, plongeons dans les profondeurs !
Définition d'une formule chimique
Une formule chimique est un ensemble de symboles chimiques indiquant le nombre ou la proportion d'atomes de chaque type d'élément dans une molécule ou un composé.
D'après l'histoire ci-dessus, comment peux-tu écrire la formule chimique de l'eau à partir de son nom chimique, le monoxyde de dihydrogène ?
'Di' signifie 2 et 'mono' signifie 1. Par conséquent, le dihydrogène indique qu'il y a deux atomes d'hydrogène et le monoxyde indique la présence d'un atome d'oxygène. La formule chimique de l'eau est doncH2O. Bien sûr, cette astuce n'est pas possible avec toutes les formules chimiques, mais ne t'inquiète pas, nous allons te faciliter la tâche !
Types de formules chimiques
Il existe plusieurs façons d'écrire la formule chimique qui représente une molécule ou un composé. Les différents types de formules chimiques sont les suivants :
- Formule moléculaire
- Formule empirique
- Formule affichée
Formule moléculaire
La formule moléculaire d'un composé indique le nombre d'atomes de chaque type dans un composé ou une molécule.
Par exemple, la formule moléculaire du glucose est C6H12O6. Cette formule nous informe qu'il y a six atomes de carbone (C6) , douze atomes d'hydrogène (H12) et six atomes d'oxygène(O6) dans une molécule de glucose.
Formule empirique
La formule empir ique d'un composé indique lerapport le plus simple en nombres entiers des atomes de chaque élément présent dans un composé ou une molécule.
Par exemple, la formule empirique du glucose estCH2O.
Cette formule montre que le nombre d'atomes d'hydrogène dans le glucose est exactement le double du nombre d'atomes de carbone et d'oxygène. En d'autres termes, le rapport entre les atomes C:H:O du glucose est de 1:2:1.
Nous utilisons toujours des formules empiriques pour représenter les composés ioniques. En effet, les composés ioniques peuvent être infinis et n'ont donc pas de formule moléculaire fixe.
Formule affichée
La formule affichée d'un composé montre chaque atome et chaque liaison à l'intérieur d'une molécule. Chaque liaison dans une formule affichée représente une paire d'électrons.
Le glucose et le fructose ont la même formule moléculaire : C6H12O6. Tu peux déjà constater qu'ils ont également la même formule empirique :CH2O. Alors, comment faire la différence entre les deux ? Regardons leur formule affichée.
Tu en apprendras plus sur les groupes fonctionnels en chimie organique. Tu récapituleras également les formules chimiques dans Composés organiques.
Règles d'écriture des formules chimiques
Apprendre à écrire des formules chimiques est le cœur de la chimie. L'écriture de formules t'aide dans de nombreux aspects de la chimie, comme l'écriture d'équations chimiques équilibrées et la détermination des masses des composés et des molécules. En bref, tout ce que tu apprendras par la suite dépend de la connaissance des symboles des éléments et de leur utilisation pour écrire les formules chimiques correctes.
Il faut garder à l'esprit deux aspects importants lorsqu'on écrit des formules chimiques :
- Les composés ioniques n'existent pas en tant que molécules ; ils n'ont donc pas de formule moléculaire. Les composés ioniques existent sous forme de réseaux géants, ils ont des unités de formule ionique représentées par des formules empiriques (ex : NaCl).
- Les composés covalents existent en tant que molécules ; ils sont donc représentés par des formules moléculaires.
Certaines règles doivent être respectées lors de l'écriture des formules chimiques.
- Les éléments sont représentés à l'aide de leur symbole chimique.
- Lescharges des ions doivent être prédites en fonction de leur position dans le tableaupériodique
Fig. 2. Tableau périodique des éléments avec les charges des ions écrites en haut des groupes (colonnes).
- Dans les espèces ioniques, la somme des charges des ions doit être égale à zéro.
- Dans les espècescovalentes, les charges partielles des éléments doivent être équilibrées.
- Le nombre d'atomes de chaque élément ou ion dans la formule est écrit à droite de son symbole en indice.
- Si un composé contient plus d'un ion polyatomique, chaque ion est placé entre parenthèses, l'indice étant écrit à droite de la parenthèse fermante (ex Cu(SO4)2).
- Lorsque le rapport d'un ion polyatomique n'est que de 1, les parenthèses ne sont pas nécessaires (ex : NaOH, NH4NO3.)
- Dans les espèces ioniques, le nom du cation est toujours écrit en premier. Cela signifie que si le composé est constitué d'un métal et d'un non-métal, le symbole du métal doit être écrit en premier, suivi du symbole du non-métal.
- Les métaux de transition peuvent présenter deux ou plusieurs charges différentes et former différents composés avec le même non-métal. Par exemple, le cuivre peut former deux composés avec le chlore - le chlorure cuivreux (CuCl) et le chlorure cuivrique (CuCl2). Dans le chlorure cuivreux, la charge du cuivre est de +1, ce qui est représenté par un chiffre romain entre parenthèses après l'ion métallique correspondant, le cuivre dans ce cas - le chlorure de cuivre (I). De même, le chlorure cuivrique s'écrit chlorure de cuivre (II).
Tu trouveras ci-dessous une liste des ions polyatomiques les plus courants que tu rencontreras très souvent.
| Nom de l'ion polyatomique | Symbole | Exemple |
| Nitrate | \(NO^{-}_3\) | Nitrate de sodium \(NaNO_3\) |
| Nitrite | \N(NO_2^-\N) | Nitrite de sodium (NaNO_2) |
| Carbonate | \N(CO_3^-2\N) | Carbonate de sodium - Lessive \(Na_2CO_3\) |
| Sulfate | \(SO^{-2}_4) | Sulfate de sodium \N(Na_2SO_4\N) |
| Sulfite | \N(SO^{-2}_3\N) | Sulfite de sodium - \N(Na_2SO_3\N) |
| Phosphate | \N(PO^{-3}_4\N) | Phosphate de sodium - \(Na_3PO_4\) |
| Phosphite | \N(PO^{-3}_3\N) | Phosphite trisodique\N(Na_3PO_3\N) |
| Phosphide | \(P^{-3}\) | Phosphure de sodium \N(Na_3P\N) |
| Hydroxyde | \N(OH^-\N) | Hydroxyde de sodium - (NaOH) |
| Ammonium | \(NH_4^+) | Chlorure d'ammonium (NH_4Cl) |
| Bicarbonate/Carbonate d'hydrogène | \(HCO^{-}_3) | Bicarbonate de sodium - Bicarbonate de soude - \(NaHCO_3\) |
| Bisulfate/ Sulfate d'hydrogène | \(HSO^{-}_4) | Sulfate d'hydrogène de sodium - (NaHSO_4) |
| Bisulfite/ Sulfite d'hydrogène | \(HSO_3\) | Sulfate d'hydrogène de sodium - \N(NaHSO_3\N) |
| Sulfure | \(S^{-2}\) | Sulfure de sodium - \N(Na_2S) |
| Permanganate | \N(MnO_4^-\N) | Permanganate de potassium (KMnO_4) |
Étapes de la rédaction d'une formule chimique
Comprenons comment écrire une formule chimique en prenant l'exemple du chlorure de cuivre (II). Reporte-toi aux règles d'écriture des formules chimiques pour te rappeler que le cuivre peut former deux composés différents avec le chlore.
- Tout d'abord, identifie les éléments ou les ions qui sont présents dans le composé dont tu cherches à écrire la formule. Prenons l'exemple d'un composé simple - le chlorure de cuivre (II). Nous pouvons identifier qu'il y a du cuivre, et qu'il y a du chlore dans ce composé.
- Ensuite, écris les symboles chimiques des éléments/ions que tu as identifiés à la première étape. Si le composé est constitué d'un métal et d'un non-métal, écris d'abord le symbole du métal.
Fig. 3. Identification des éléments d'un composé : cuivre et chlore.
- Après avoir écrit les symboles chimiques de tous les éléments/ions du composé, écris les charges des ions juste en dessous des ions respectifs. Dans ce cas, +2 sous le cuivre et -1 sous le chlore.
Fig. 4. Écriture des valences de chaque élément : cuivre et chlore. - Maintenant, croise les valences de chaque élément avec l'autre élément/ion.
Fig. 5. Croisement des valences du cuivre et du chlore. - Enfin, la charge d'un ion devient le rapport/indice de l'autre élément/ion. N'oublie pas d'écrire le rapport en indice.
Peux-tu deviner si CuCl2 est la formule moléculaire ou la formule empirique du chlorure de cuivre ? Oui, tu as deviné juste ! Le chlorure de cuivre (II) est un composé ionique. Par conséquent, CuCl2 est la formule empirique du chlorure de cuivre.
Les formules moléculaires et les formules empiriques peuvent également être trouvées si l'on connaît la masse atomique relative ou la composition en pourcentage du composé.
Exemples d'écriture de formules chimiques : molécules, ions et composés
Voyons quelques exemples pour nous entraîner à écrire des formules chimiques.
L'eau
Le nom chimique de l'eau est monoxyde de dihydrogène. En regardant le nom chimique, nous pouvons identifier qu'il y a de l'hydrogène et de l'oxygène dedans (oxyde est le nom de l'ion oxygène, O2-).
Nous savons que la valence de l'hydrogène est 1, et celle de l'oxygène 2. En suivant les étapes d'écriture de la formule chimique, nous pouvons écrire ceci :
Fig. 7. Croisement des valences pour l'eau.
Par conséquent, la formule chimique de l'eau (monoxyde de dihydrogène) est H2O. Il s'agit de la formule moléculaire deH2O, ainsi que de sa formule empirique. Examinons sa formule affichée -
Fig. 8. Formule affichée de l'eau.
Tétrachlorure de carbone
D'après le nom, on peut déduire que ce composé contient du carbone et du chlore. Le préfixe tétra- signifie 4. Cela signifie qu'il y a 4 atomes de chlore dans la molécule de ce composé. Peux-tu déjà deviner la formule chimique ? Suivons les étapes pour parvenir à la formule.
Fig. 9. Formule chimique du tétrachlorure de carbone.
Si tu as deviné que la formule chimique (et la formule empirique aussi) du tétrachlorure de carbone était CCl4, tu avais raison ! Maintenant, pour la formule affichée...
Fig. 10. Formule affichée du tétrachlorure de carbone.
Sulfate de cuivre(II)
Le sulfate de cuivre(II) est un sel, c'est-à-dire qu'il se forme lorsqu'une base de cuivre et un acide de sulfate se neutralisent. Il est solide à température ambiante. Découvrons la formule du sulfate de cuivre(II) en suivant les étapes.
Fig. 11. Formule chimique du sulfate de cuivre (II).
Le cuivre a une charge de +2, et la charge de l'ion sulfate est également de -2, donc les charges s'équilibrent. Par conséquent, la formule moléculaire du sulfate de cuivre estCuSO4 (et non Cu2(SO4)2).
Tu verras parfois le sulfate de cuivre écrit CuSO4.5H2O. Il s'agit de la forme hydratée du sel.
Un selhydraté signifie qu'il y a de l'eau de cristallisation dans les cristaux solides du sel.
L'eau decristallisation est l'eau présente dans les sels hydratés. Les molécules d'eau à l'intérieur des cristaux de sel sont liées aux ions métalliques soit par des liaisons datives[2] [3], soit par des interactions ion-dipôle[4].
Un sel qui ne contient pas d'eau de cristallisation est appelésel anhydre.
Nitrate d'ammonium
Le nitrate d'ammonium est un composé ionique. Le cation est l'ammonium (NH4+) et l'anion est le nitrate (NO3-). As-tu déjà trouvé la formule chimique de ce composé ? Reprenons les étapes
Fig. 12. Formule chimique du nitrate d'ammonium.
La formule chimique du nitrate d'ammonium est donc NH4NO3. As-tu bien deviné ? Comme il y a 2 atomes d'azote (un dans le cation, un dans l'anion), la formule moléculaire peut aussi s'écrire H4N2O3.
Dessinons maintenant la formule affichée :
Fig. 13. Formule affichée du nitrate d'ammonium.
Exemples d'écriture de formules chimiques
Examinons maintenant quelques autres exemples de problèmes, où le nom et la formule chimique du composé sont inconnus. Les charges des ions/éléments seront données. Tu devrais pouvoir déduire la formule chimique à partir des informations données.
Un élément X de charge 3 forme un composé avec l'oxygène. Quelle est la formule moléculaire de ce composé ?
Solution
Nous savons que l'oxygène a une charge de -2 (ion oxyde= charge de -2). Suivons les étapes pour arriver à la formule. Rappelle-toi que l'oxygène formera l'anion, donc l'élément X doit former le cation. Par conséquent, l'élément X sera écrit en premier.
Fig. 14. Oxyde d'un élément X hypothétique.
Par conséquent, la formule moléculaire de ce composé est X2O3. Il convient de noter que la formule empirique de ce composé sera la même que sa formule moléculaire.
L'élément Y forme son sulfure. La charge de l'élément Y est de 2. Quelle sera la formule du sulfure de Y ?
Solution
Le sulfure est le nom de l'anion soufre,S2-. Suivons les étapes pour arriver à la formule.
Fig. 15. Sulfure d'un élément hypothétique Y.
Rédaction de formules - Principaux points à retenir
- Une formule chimique est un ensemble de symboles chimiques indiquant le nombre d'atomes de chaque type d'élément dans une molécule ou un composé.
- Il existe plusieurs types de formules chimiques :
La formule moléculaire indique le nombre d'atomes de chaque élément dans un composé ou une molécule.
Laformule empirique indique lerapport le plus simple entre les nombres entiers d'atomes de chaque élément présent dans un composé ou une molécule.
Laformule affichée montre chaque atome et chaque liaison à l'intérieur d'une molécule.
Certaines règles doivent être respectées lors de la rédaction des formules chimiques :
Les éléments sont représentés par leur symbole chimique.
Dans les espèces ioniques, la somme des charges des ions doit être égale à zéro.
Les exemplaires multiples d'un atome ou d'un ion sont indiqués en indice.
- Dans les composés ioniques, le nom du cation est écrit en premier.
- Nous pouvons calculer la formule et les charges des ions en utilisant les positions des éléments sur le tableau périodique.
Références
- https://www.washingtonpost.com/archive/opinions/1997/10/21/dihydrogen-monoxide-unrecognized-killer/ee85631a-c426-42c4-bda7-ed63db993106/
- https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zrx32sg/revision/10#:~:text=L'eau%20de%20cristallisation%20est%20de l'eau,la%20formule%20principale%20par%20a%20dot.&text=hydraté%20 signifie%20que%20les%20cristaux%20solides%20contiennent%20de%20l'eau%20de%20cristallisation.
- https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrated-salt
- Chimie inorganique de Shiver et Atkin, cinquième édition
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