What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

Quelle est la forme d'une molécule ? - George Zaidan et Charles Morton

Traducteur: Alexandre Jeanneau Relecteur: Elisabeth Buffard

What is the shape of a molecule?

Quelle est la forme d'une molécule ?

Well, a molecule is mostly empty space.

Une molécule, c'est essentiellement de l'espace vide.

Almost all of its mass is concentrated

Quasiment toute sa masse est concentrée

in the extremely dense nuclei of its atoms.

dans le noyau extrêmement dense de ses atomes.

And its electrons,

Et ses électrons,

which determine how the atoms

qui déterminent comment les atomes

are bonded to each other,

se lient entre eux,

are more like clouds of negative charge

sont plus comme des nuages de charges négatives

than individual, discrete particles.

plutôt que des particules individuelles discrètes.

So, a molecule doesn't have a shape

Donc, une molécule n'a pas de forme

in the same way that, for example,

dans le même sens que, par exemple,

a statue has a shape.

une statue a une forme.

But for every molecule,

Mais pour chaque molécule,

there's at least one way

il y a au moins une façon

to arrange the nuclei and electrons

d'arranger les noyaux et les électrons

so as to maximize the attraction

de façon à maximiser l'attraction

of opposite charges

des charges opposées

and minimize the repulsion

et minimiser la répulsion

of like charges.

des charges égales.

Now, let's assume that the only electrons

Maintenant, supposons que les seuls électrons

that matter to a molecule's shape

qui importent dans la forme de la molécule

are the outermost ones from each participating atom.

sont les plus externes de chaque atome participant.

And let's also assume

Et supposons également

that the electron clouds in between atoms,

que le nuage d'électrons entre les atomes,

in other words, a molecule's bonds,

en d'autres termes, les liaisons d'une molécule,

are shaped kind of like sausages.

ont une forme proche d'une saucisse.

Remember that nuclei are positively charged

Souvenez-vous que les noyaux sont chargés positivement

and electrons are negatively charged,

et les électrons négativement,

and if all of a molecule's nuclei

et si tous les noyaux d'une molécule

were bunched up together

étaient rassemblés

or all of its electrons were bunched up together,

ou si tous les électrons étaient rassemblés,

they would just repel each other and fly apart,

ils se repousseraient et s'éloigneraient,

and that doesn't help anyone.

et ça ne fait les affaires de personne.

In 1776, Alessandro Volta,

En 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

des décennies avant qu'il n'invente la pile,

discovered methane.

découvrait le méthane.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

La formule chimique du méthane est CH4.

And this formula tells us

Et cette formule nous dit

that every molecule of methane

que chaque molécule de méthane

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

est composée d'un atome de carbone et de quatre atomes d'hydrogène,

but it doesn't tell us what's bonded to what

mais ça ne nous dit pas qui est lié a qui

or how they atoms are arranged in 3D space.

ni comment ces atomes sont disposés dans l'espace en 3D.

From their electron configurations,

De leurs configurations électroniques,

we know that carbon can bond

nous savons que le carbone peut se lier

with up to four other atoms

avec quatre autres atomes au plus,

and that each hydrogen can only bond

et que chaque hydrogène ne peut se lier

with one other atom.

qu'à un seul autre atome.

So, we can guess

Donc, nous pouvons deviner

that the carbon should be the central atom

que le carbone doit être l'atome central

bonded to all the hydrogens.

lié à tous ceux d'hydrogène.

Now, each bond represents

Chaque liaison représente

the sharing of two electrons

le partage de deux électrons

and we draw each shared pair of electrons as a line.

et nous dessinons chaque paire d'électrons partagés en une ligne.

So, now we have a flat representation

Donc, maintenant nous avons une représentation plane

of this molecule,

de cette molécule,

but how would it look in three dimensions?

mais à quoi ressemblerait-elle en trois dimensions ?

We can reasonably say

Nous pouvons raisonnablement dire

that because each of these bonds

que du fait de chacune de ces liaisons

is a region of negative electric charge

est une région de charge négative

and like charges repel each other,

et que les charges similaires se repoussent mutuellement,

the most favorable configuration of atoms

la configuration atomique la plus favorable

would maximize the distance between bonds.

devrait maximiser la distance entre les liaisons.

And to get all the bonds

Et pour avoir toutes ces liaisons

as far away from each other as possible,

aussi éloignés les unes des autres que possible,

the optimal shape is this.

la forme optimale est celle-ci.

This is called a tetrahedron.

Ceci est un tétraèdre.

Now, depending on the different atoms involved,

Mais en fonction du nombre d'atomes différents impliqués,

you can actually get lots of different shapes.

vous pouvez avoir des tas de formes différentes.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

L'ammoniac, ou NH3, a la forme d'une pyramide.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Le dioxyde de carbone, ou CO2, est une ligne droite.

Water, H2O, is bent like your elbow would be bent.

L'eau, H2O, est coudée comme votre coude.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Et le trifluorure de chlore, ou ClF3,

is shaped like the letter T.

a la forme de la lettre 'T'.

Remember that what we've been doing here

Souvenez-vous que ce que nous avons fait jusqu'à maintenant

is expanding on our model of atoms and electrons

c'est d'élaborer notre modèle de l'atome et des électrons

to build up to 3D shapes.

pour construire des formes 3D.

We'd have to do experiments

Il nous faudrait faire des expériences

to figure out if these molecules

pour déterminer si ces molécules

actually do have the shapes we predict.

ont les formes que nous avons prédites.

Spoiler alert:

Je vais vous faire une révélation :

most of the do, but some of them don't.

La plupart ont la forme prédite, mais certaines non.

Now, shapes get more complicated

Les formes deviennent de plus en plus compliqués

as you increase the number of atoms.

à mesure que vous augmentez le nombre d'atomes.

All the examples we just talked about

Tous les exemples dont nous venons de parler

had one obviously central atom,

n'avait qu'un atome dont on voyait qu'il devait être au centre,

but most molecules,

mais la plupart des molécules,

from relatively small pharmaceuticals

des molécules pharmaceutiques relativement petites

all the way up to long polymers

jusqu'aux longs polymères

like DNA or proteins, don't.

comme l'ADN ou les protéines, n'en ont pas.

The key thing to remember

Ce qu'il faut vraiment retenir

is that bonded atoms will arrange themselves

c'est que les atomes liés vont s'organiser

to maximize the attraction between opposite charges

pour maximiser l'attraction entre charges opposées

and minimize the repulsion between like charges.

et minimiser la répulsion des charges égales.

Some molecules even have two or more

Quelques molécules ont même deux dispositions stables

stable arrangements of atoms,

de leurs atomes ou plus,

and we can actually get really cool chemistry

et nous pouvons faire de la chimie très intéressante

from the switches between those configurations,

à partir des changements entre ces configurations,

even when the composition of that molecule,

même quand la composition de cette molécule,

that's to say the number and identity of its atoms,

c'est-à-dire le nombre et la nature de ses atomes,

has not changed at all.

n'a pas changé du tout.