Structure des substances

Structure moléculaire et non moléculaire

Longtemps, on a considéré que la molécule était l'unité structurale universelle de toute substance. Cependant, l'analyse par diffraction des rayons X a prouvé que de nombreux composés, en particulier polyatomiques, ne possèdent absolument pas de molécules isolées à l'état solide.

Selon leur type de structure, toutes les substances peuvent être divisées en deux grands groupes :

• Structures moléculaires. Composées de molécules distinctes et isolées. Un exemple typique est l'eau ($H_2O$).
• Structures non moléculaires (en réseau et ioniques). Les atomes y forment un réseau spatial continu. Il est impossible d'isoler une seule molécule dans un tel cristal. Exemples : le quartz ($SiO_2$), le chlorure de sodium ($NaCl$).

Exemples de structures non moléculaires

Examinons la structure des cristaux non moléculaires typiques :

Dioxyde de silicium (quartz, $SiO_2$) Il n'y a pas ici de molécules individuelles de $SiO_2$. La structure représente une gigantesque molécule unique — un réseau continu de liaisons chimiques. Chaque atome de silicium ($Si$) est entouré symétriquement par quatre atomes d'oxygène ($O$), et chaque oxygène par deux atomes de silicium. Toutes les distances entre atomes voisins sont absolument identiques.

Chlorure de sodium (sel de cuisine, $NaCl$) Il n'y a pas non plus de molécules dans le cristal de sel. Chaque atome de sodium ($Na$) est à égale distance de six atomes de chlore ($Cl$) environnants, et chaque chlore de six atomes de sodium. La structure forme un réseau cubique parfait.

Unités formulaires et formules structurales

Puisqu'il n'y a pas de véritables molécules dans les substances non moléculaires, leurs formules chimiques ne reflètent que la composition élémentaire, c'est-à-dire le rapport minimal possible entre les atomes.

Ces groupes conventionnels d'atomes sont appelés unités formulaires (ou formules unitaires). Par exemple, dans le quartz, il y a quatre « moitiés » d'atomes d'O provenant des liaisons voisines pour un atome de $Si$, ce qui donne au total deux atomes d'$O$. D'où la formule : $SiO_2$.

Règle importante : il est incorrect d'utiliser des formules structurales classiques avec des traits (par exemple, `Na—Cl`) pour les cristaux non moléculaires. Dans le sel solide, un atome de sodium est lié simultanément à six voisins. L'écriture `Na—Cl` n'est valable que pour l'état gazeux du $NaCl$ (à une température supérieure à $1490\ ^\circ\text{C}$), où le sel existe sous forme de paires d'ions.

Comment les différencier par leurs propriétés physiques ?

Le type de structure se détermine facilement par les propriétés de la substance dans les conditions ordinaires :

1. Les substances à structure moléculaire sont généralement des gaz, des liquides ou des substances solides volatiles. Un signe caractéristique est l'aptitude à la sublimation, c'est-à-dire le passage de l'état solide à l'état gazeux en contournant l'état liquide. Exemples : l'eau (la glace s'évapore par temps froid), la naphtaline (sa volatilité se trahit par une forte odeur).
2. Les substances à structure non moléculaire sont toujours des cristaux solides, non volatils, dotés de points de fusion élevés (sels, oxydes métalliques).

En bref : réponses aux questions sur le sujet

Questions des cours et des examens

À étudier également sur le sujet

• Réseau cristallin : paramètres et maille élémentaire
• Types d'unités structurales : atomes, molécules, unités formulaires
• Comportement des substances moléculaires et non moléculaires lors des changements de phase
• Diffraction des rayons X dans l'étude de la structure des cristaux
• Particularités des réseaux cristallins atomiques (diamant, métaux)

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Matériel préparé par les enseignants de WhiteCoat Pro selon le programme d'enseignement des universités médicales. À caractère pédagogique.