LA SECONDE ÉTAPE VERS LA MATIÈRE: LES MOLÉCULES

Qu'est-ce qui rend tous les objets que vous apercevez autour de vous différents les uns des autres? Qu'est-ce qui différencie leurs couleurs, leurs formes, leurs odeurs et leurs goûts? Pourquoi une substance est-elle molle, une autre dure, et une autre liquide? De ce que vous avez lu jusqu'à maintenant, vous pouvez répondre à ces questions en disant: "C'est à cause des différences entre leurs atomes." Cependant, cette réponse n'est pas suffisante, car si les atomes étaient la cause de leurs différences, alors il devrait y avoir des milliards d'atomes portant différentes propriétés les unes des autres. En pratique, ce n'est pas le cas. Beaucoup de matériaux ont l'air différent et ont des propriétés différentes bien qu'ils contiennent les mêmes atomes. La raison à cela est la différence des liaisons chimiques que les atomes forment entre eux pour devenir des molécules.

Sur le chemin qui mène à la matière, les molécules sont la seconde étape après les atomes. Les molécules sont les plus petites unités déterminant les propriétés chimiques de la matière. Ces petits corps sont constitués de deux ou de plusieurs atomes et certains, de centaines de groupes d'atomes. Les atomes sont assemblés dans les molécules par des liaisons chimiques déterminées par la force électromagnétique d'attraction, ce qui signifie que ces liaisons sont formées sur la base des charges électriques des atomes. Les charges électriques des atomes, à leur tour, sont déterminées par les électrons de leur couche externe. L'arrangement des molécules selon différentes combinaisons donne naissance à la diversité de la matière que nous voyons autour de nous. L'importance des liaisons chimiques qui constituent le cœur de la diversité de la matière apparaît donc à ce niveau.

LES LIAISONS CHIMIQUES

Comme on l'a expliqué ci-dessus, les liaisons chimiques sont formées à travers le mouvement des électrons de la couche externe des atomes. Chaque atome a tendance à remplir sa couche externe avec le nombre maximal d'électrons qu'il peut abriter. Le nombre maximal d'électrons que les atomes peuvent supporter dans leur couche externe est 8. Pour faire cela, soit les atomes reçoivent des électrons d'autres atomes pour compléter leur nombre d'électrons dans leur couche externe à huit, ou, s'ils ont moins d'électrons dans leur couche externe, ils les donnent alors à un autre atome, en créant une sous-couche qui était auparavant complète. La tendance des atomes à échanger des électrons constitue la force incitant les liaisons chimiques à se former entre eux.

Cette force motrice, c'est-à-dire l'objectif des atomes à augmenter le nombre des électrons de leur couche externe au maximum, force un atome à former trois types de liaisons avec d'autres atomes. Ce sont la liaison ionique, la liaison covalente et la liaison métallique.

Couramment, des liaisons spéciales catégorisées sous le titre général de "liaisons faibles" agissent entre les molécules. Ces liaisons sont plus faibles que les liaisons formées par les atomes qui constituent ces molécules car les molécules ont besoin de structures plus flexibles pour former la matière.

Examinons maintenant, rapidement, les propriétés de ces liaisons et la manière dont elles se forment.

LES LIAISONS IONIQUES

Les atomes combinés par cette liaison échangent des électrons afin de compléter le nombre d'électrons de leur couche externe à huit. Les atomes ayant jusqu'à quatre électrons dans leur couche externe donnent ces électrons à l'atome avec lequel ils vont se combiner, c'est-à-dire avec lequel ils vont se lier. Les atomes qui ont plus de quatre électrons dans leur couche externe reçoivent des électrons des atomes avec lesquels ils vont se lier. Les molécules formées par ce type de liaison ont des structures cristallines (cubiques). Les molécules du sel de table commun (NaCl) font partie des substances formées par cette liaison. Pourquoi les atomes ont-ils cette tendance? Qu'arriverait-il s'ils ne l'avaient pas?

L'atome de sodium donne son électron de la couche supérieure à un atome de chlore et devient ainsi chargé positivement. En recevant l'électron, l'atome de chlore devient chargé négativement. Les deux forment une liaison ionique à travers ces deux charges opposées qui s'attirent l'une l'autre.24

Est-ce que les atomes peuvent décider par eux-mêmes que le nombre d'électrons dans leur couche externe doit être de huit? Absolument pas. C'est un comportement tellement décisif qu'il dépasse l'atome, car celui-ci n'a pas d'intellect, de volonté ou de conscience. Ce nombre est la clé dans la combinaison des atomes en molécules qui constitue la première étape de la création de la matière et, au final, de l'univers. Si les atomes n'avaient pas un tel comportement basé sur ce principe, certaines des molécules nécessaires à la vie n'existeraient pas. Cependant, à partir de l'instant où ils furent créés, les atomes ont servi à la formation des molécules et de la matière selon un ordre parfait grâce à ce comportement.

LES LIAISONS COVALENTES

Les scientifiques qui ont étudié les liaisons entre atomes ont fait face à une situation intéressante. Tandis que certains atomes échangent des électrons pour se lier, d'autres partagent les électrons de leur couche externe. Des recherches plus avancées ont révélé qu'un grand nombre de molécules qui sont d'une importance critique pour la vie doivent leur existence à ces liaisons "covalentes".

Certains atomes forment de nouvelles molécules grâce aux liaisons covalentes,en partageant leurs électrons respectifs situés dans leurs orbites externes.25

Prenons un exemple simple pour mieux expliquer les liaisons covalentes. Comme on l'a mentionné précédemment au sujet des couches électroniques, les atomes peuvent transporter un maximum de deux électrons dans leur couche la plus interne. L'atome d'hydrogène possède un seul électron et a tendance à augmenter le nombre de ses électrons à deux pour devenir un atome stable. Par conséquent, l'atome d'hydrogène forme une liaison covalente avec un second atome d'hydrogène. C'est-à-dire que les deux atomes d'hydrogène partagent l'électron de l'autre en tant que second électron. Ainsi, une molécule de H² se forme.

LES LIAISONS MÉTALLIQUES

Si un grand nombre d'atomes s'assemblent en partageant les électrons des autres, cela s'appelle une "liaison métallique". Les métaux comme le fer, le cuivre, le zinc, l'aluminium etc. qui forment la matière première de nombreux outils et instruments que nous voyons et utilisons tous les jours, ont acquis un corps substantiel et tangible suite aux liaisons métalliques formées par les atomes qui les constituent.

Les liaisons entre les atomes de métal sont très différentes des autres formes de liaisons chimiques - chaque atome de métal met son électron externe en commun. Cette "mer d'électrons" explique une propriété clé des métaux - leur capacité à conduire l'électricité.26

L'ÉTAPE SUIVANTE: LES COMPOSÉS

Imaginez-vous combien de composés différents ces liaisons peuvent former?

En laboratoire, de nouveaux composés sont produits tous les jours. À l'heure actuelle, il est possible de parler de pratiquement deux millions de composés. Le plus simple composé chimique peut être aussi petit que la molécule d'hydrogène, tandis qu'il existe également des composés constitués de millions d'atomes.27

Combien de composés différents un élément peut-il former au maximum? La réponse à cette question est vraiment intéressante car, d'un côté, il existe des éléments qui n'interagissent avec aucun autre (les gaz inertes) tandis que, d'un autre côté, il y a l'atome de carbone qui est capable de former 1.700.000 composés. Comme énoncé ci-dessus, le nombre total de composés est d'environ deux millions. 108 éléments sur les 109 forment 300.000 composés. Le carbone, cependant, forme 1.700.000 composés, de lui-même, d'une manière plutôt stupéfiante.

Les matières premières de l'univers et le tableau périodique: 92 éléments libres dans la nature et 17 éléments fabriqués artificiellement dans des laboratoires ou dans des réacteurs nucléaires sont organisés dans un tableau appelé "tableau périodique" en fonction du nombre de leurs protons. À première vue, le tableau périodique peut paraître être un groupe de boîtes contenant une ou deux lettres ainsi que des nombres situés sur le haut et le bas des côtés. Ce qui est plus intéressant est que ce tableau contient les éléments de l'univers entier y compris les constituants de l'air que nous respirons et les éléments de notre corps.