Valence - Formule chimique des molécules et des radicaux

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Info Introduction

H2O On connaît la formule de l'eau: H2O. Pourquoi pas HO, HO2, H3O, ... ?

Le modèle ci-contre représente une molécule d'eau; il a été obtenu, comme tout modèle, à partir d'observations indirectes et d'hypothèses vérifiées. Ce modèle ne correspond pas à la réalité, mais il en constitue une représentation suffisamment valable pour rendre compte des phénomènes observés par les scientifiques.

Comment s'associent les atomes entre eux pour former des ensembles d'atomes appelés molécules?

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Info Observation de quelques modèles de molécules

modèle d'une molécule de chlorure d'hydrogène modèle d'une molécule d'eau modèle d'une molécule de gaz ammoniac modèle d'une molécule de gaz méthane
HCl H2O NH3 CH4
formule chimique:
HCl		 formule chimique:
H2O		 formule chimique:
NH3		 formule chimique:
CH4
points communs entre ces 4 molécules:
  • la présence de l'atome d'hydrogène H
  • le nombre de sortes d'atomes est 2 (composés binaires)
différences entre ces 4 molécules:
  • l'atome attaché à l'atome d'hydrogène H est différent
  • le nombre total d'atomes est différent
1 atome d'hydrogène H est attaché a 1 atome de chlore Cl 2 atomes d'hydrogène H sont attachés à 1 atome d'oxygène O 3 atomes d'hydrogène H sont attachés à 1 atome d'azote N 4 atomes d'hydrogène H sont attachés à 1 atome de carbone C
1 atome de chlore Cl est capable de s'accrocher à 1 atome d'hydrogène H 1 atome d'oxygène O est capable de s'accrocher à 2 atomes d'hydrogène H 1 atome d'azote N est capable de s'accrocher à 3 atomes d'hydrogène H 1 atome de carbone C est capable de s'accrocher à 4 atomes d'hydrogène H
on dit que le chlore Cl a la valence I on dit que l'oxygène O a la valence II on dit que l'azote N a la valence III on dit que le carbone C a la valence IV

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Info Définition de la valence

La valence d'un atome serait donc le nombre d'atomes d'hydrogène que cet atome est capable de fixer lors d'une réaction chimique; mais des molécules ne contiennent pas l'atome d'hydrogène, comme dans le cas du dioxyde de silicium (silice) SiO2 dont un modèle de la molécule est représenté ci-contre (en rouge: l'atome d'oxygène O, en noir: l'atome de silicium Si) SiO2
Cependant, nous savons que l'oxygène a la valence II (voir tableau précédent, deuxième colonne); dans la molécule SiO2, 2 atomes d'oxygène sont attachés à l'unique atome de silicium, donc celui-ci a la valence IV. L'atome d'oxygène est capable de remplacer 2 atomes d'hydrogène, le silicium a la même valence que le carbone (voir tableau précédent, quatrième colonne).

 

La valence d'un atome où d'un groupement d'atomes (voir plus loin) est le nombre d'atomes d'hydrogène qu'il peut fixer où remplacer lors d'une réaction chimique.

Le modèle de la valence: les scientifiques imaginent que les atomes sont munis de bras (les atomes crochus) et que tous les bras doivent être occupés pour former une molécule (la valence d'une molécule est nulle):

H2 H2O N2 Ca(OH)2 CO2 H2CO3
H2 H2O N2 Ca(OH)2 CO2 H2CO3

La valence s'écrit toujours en chiffres romains.

La valence est souvent constante pour un atome ou un groupement d'atomes et est comprise entre 0 et V (parfois VI ou VII)

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Info La valence des atomes: utilisation du tableau périodique

Dans le cas des familles a (tableau plié), c'est facile:

famille
 Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa O
quelques atomes
 H, Na, K Be, Mg, Ca B, Al C, Si, Pb N, P O, S F, Cl, I He, Ne, Ar
valence
 I II III IV III (8 - 5) II (8 - 6) I (8 - 7) 0 (8 - 8)

Les atomes de la famille O (ou VIIIa) ne s'associent pas entre eux ni avec d'autres atomes pour former des molécules: ce sont des corps purs élémentaires puisque leur molécule n'existe pas.

Malheureusement des atomes des familles Va et VIa ne conservent pas toujours la même valence (cas du plomb Pb: valence II ou valence IV) ou se comportent comme s'ils possédaient une autre valence que celle trouvée dans le tableau périodique (l'explication de ces caractéristiques n'entre pas dans le cadre de cette leçon).

Dans le cas des familles b, c'est impossible (il y a trop d'exeptions): il faut donc retenir la valence des atomes principaux:

nom de l'atome symbole valence(s)
argent Ag I
cuivre Cu I ou II
fer Fe II ou III
mercure Hg I ou II
or Au I
plomb Pb II ou IV
zinc Zn II

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Info La valence des groupements d'atomes ou radicaux

Exemples de radicaux

formule de composés formule du radical nom du radical valence du radical
NaOH, Ca(OH)2, Al(OH)3 OH hydroxyle (ou hydroxyde) I
NH4Cl, (NH4)2O, NH4OH NH4 ammonium I
HCN, NaCN, Mg(CN)2 CN cyanure I
HNO2, Ba(NO2)2 NO2 nitrite I
HNO3, Al(NO3)3 NO3 nitrate I
NaClO, KClO ClO hypochlorite I
KClO2, Mg(ClO2)2 ClO2 chlorite I
NaClO3, Zn(ClO3)2 ClO3 chlorate I
HClO4, KClO4 ClO4 perchlorate I
Na2CO3, FeCO3 CO3 carbonate II
H2SO3, CaSO3 SO3 sulfite II
K2SO4, Al2(SO4)3 SO4 sulfate II
H3PO3 PO3 phosphite III
H3PO4, Be3(PO4)2 PO4 phosphate III
NaHCO3, KHCO3 HCO3 bicarbonate I
KMnO4 MnO4 permanganate I

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Info Un radical n'est pas une molécule Attention!

Comment expliquer la valence d'un radical?

exemple: le radical hydroxyle (ou hydroxyde) a la valence I

  • on sait que l'atome d'oxygène O a la valence II: O valence II il possède 2 bras de valence
  • on sait que l'atome d'hydrogène H a la valence I: H valence I il possède 1 bras de valence
  • donc le radical OH a la valence I: OH valence I il possède 1 bras de valence libre
Un radical est un groupement d'atomes associés; ce groupement d'atomes a une valence et peut donc s'associer à d'autres atomes ou d'autres radicaux pour former une molécule.
Une molécule est un groupement d'atomes associés dont les bras de valence sont tous occupés, une molécule a donc une valence nulle.

exemple de molécule (donc valence nulle): NaOH NaOH valence nulle (hydroxyde de sodium)

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Info Exercices du premier type: recherche de la formule d'un corps pur composé

quelle est la formule du corps pur dont la molécule contient de l'aluminium et de l'oxygène? quelle est la formule du corps pur dont la molécule contient du silicium et de l'oxygène?
Al (III), O (II) Si (IV), O (II)
réponse: Al2O3 réponse: SiO2 et pas Si2O4
Tips Procédé du chiasme: on croise les valences et on obtient les indices; veiller à ce que les indices soient premiers entre eux, sinon il faut les diviser par leur PGCD.

Tips Procédé de la structure qui permet une meilleure compréhension par la visualisation
(ci-dessous)
structure de la molécule:

 structure de la molécule:

 

quelle est la formule du corps pur dont la molécule contient du sodium et du sulfate? quelle est la formule du corps pur dont la molécule contient de l'ammonium et du soufre?
Na (I), SO4 (II) NH4 (I), S(II)
réponse: Na2SO4 réponse: (NH4)2S
structure de la molécule:

 structure de la molécule:

Info Exercices du second type: recherche de la valence d'un atome ou radical

quelle est la valence du phosphore dans PCl3? quelle est la valence de l'azote dans N2O3?
on sait que le chlore Cl a toujours la valence I, mais le phosphose se comporte parfois comme s'il avait une autre valence que celle indiquée par le tableau périodique (III) on sait que l'oxygène O a toujours la valence II, mais l'azote se comporte parfois comme s'il avait une autre valence que celle indiquée par le tableau périodique (III)
structure de la molécule:

 structure de la molécule:
réponse: le phosphore P a la valence III dans PCl3 réponse: l'azote N a la valence III dans N2O3

 

quelle est la valence du plomb dans PbO2? quelle est la valence du radical phosphate dans Ca3(PO4)2?
on sait que l'oxygène O a toujours la valence II, mais le plomb Pb peut avoir la valence II ou IV on sait que le calcium Ca a toujours la valence II, mais vous avez oublié la valence du radical phosphate
structure de la molécule:

 structure de la molécule:
réponse: le plomb a la valence IV dans PbO2 réponse: le radical phosphate a la valence III dans Ca3(PO4)2

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