Formules empiriques et moléculaires — Chimie, 14–17 ans
Comment les mesures révèlent le rapport le plus simple entre les atomes d’une substance, puis permettent de trouver sa vraie formule moléculaire.
Le rapport atomique le plus simple
Une formule chimique peut montrer le plus petit rapport en nombres entiers entre les atomes d’un composé. C’est sa formule empirique : le glucose a par exemple le rapport CH₂O, alors que chaque molécule est réellement C₆H₁₂O₆. La formule moléculaire indique combien de groupes complets de ce rapport contient une molécule.
Pourquoi réduire le rapport ?
Les chimistes mesurent souvent la masse d’un échantillon, plutôt que les atomes un par un. Diviser la masse de chaque élément par sa masse atomique permet de comparer les quantités de particules, mais les premiers nombres ne sont pas toujours entiers. Les réduire au plus petit rapport entier donne une formule que l’on peut comparer à d’autres substances et vérifier avec la masse moléculaire.
Exemple résolu : un oxyde
Un composé contient 2,4 g de magnésium et 1,6 g d’oxygène. Étape 1 : diviser par les masses atomiques relatives : 2,4 ÷ 24 = 0,10 mol de Mg et 1,6 ÷ 16 = 0,10 mol de O. Étape 2 : diviser les deux valeurs par la plus petite, ce qui donne 1:1. La formule empirique est MgO ; si la masse moléculaire était 80, elle serait deux fois MgO, soit Mg₂O₂.
Le décimal trompeur
Une erreur fréquente consiste à écrire directement un indice décimal, comme C₁,₅H₃O. Le décimal paraît logique, car les masses mesurées ne se divisent presque jamais parfaitement, mais les atomes sont présents en nombres entiers. Multipliez tous les rapports par le même petit nombre — 2 ici — pour transformer 1,5 en 3 et obtenir C₃H₆O₂. Vérifiez ensuite qu’ils ne peuvent plus être réduits.
De l’analyse à l’identification
Les laboratoires utilisent des pourcentages mesurés pour déterminer la formule d’un matériau inconnu. Cela aide à identifier des minéraux, des médicaments et des substances trouvées dans des échantillons environnementaux. La formule ne montre pas toute la forme d’une molécule, mais elle fournit un point de départ solide : les éléments présents et leur rapport le plus simple.
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