Lire les formules chimiques

L'éthanol et l'éther diméthylique ont tous deux la formule C₂H₆O. Pourtant, l'un se trouve dans les boissons et l'autre est un gaz utilisé comme combustible.

Une formule chimique est une courte phrase écrite avec les symboles des éléments. H₂O, CO₂ et NaCl contiennent chacune beaucoup d'informations en quelques caractères : quels éléments sont présents, dans quelle proportion, et souvent comment les atomes sont reliés. Savoir lire les formules facilement simplifie tout le reste de la chimie, de l'équilibrage des réactions au calcul de la quantité de substance nécessaire.

Symboles et indices

Chaque symbole représente un atome de cet élément. Un petit nombre écrit en bas à droite, l'indice, indique combien il y a de l'atome juste avant lui. Pas d'indice veut dire un. Ainsi, H₂O, ce sont deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. CO₂, un carbone et deux oxygènes. CH₄, un carbone et quatre hydrogènes. Attention aux majuscules : Co est le cobalt, mais CO est le monoxyde de carbone, un carbone et un oxygène.

Les parenthèses regroupent des atomes qui vont ensemble. L'hydroxyde de calcium s'écrit Ca(OH)₂ : l'indice après la parenthèse multiplie tout ce qu'elle contient, donc il y a un calcium, deux oxygènes et deux hydrogènes. Un grand nombre écrit devant une formule, le coefficient, compte des unités entières. 2H₂O veut dire deux molécules d'eau, qui contiennent ensemble quatre atomes d'hydrogène et deux atomes d'oxygène.

Formules moléculaires, ioniques et développées

Pour une molécule covalente, la formule donne le nombre réel de chaque atome dans une molécule : le glucose est C₆H₁₂O₆, six carbones, douze hydrogènes et six oxygènes. Pour un composé ionique comme NaCl ou MgCl₂, elle donne seulement la proportion des ions dans le réseau, car il n'y a pas de molécules séparées. Une formule moléculaire ne montre pas comment les atomes sont reliés, et cela peut beaucoup compter. L'éthanol et l'éther diméthylique sont tous deux C₂H₆O. Dans l'éthanol, l'oxygène est en bout de chaîne et porte un hydrogène, C-C-O-H. Dans l'éther diméthylique, il est entre les carbones, C-O-C.

C'est pourquoi les chimistes écrivent aussi des formules semi-développées comme CH₃CH₂OH ou C₂H₅OH pour l'éthanol, qui indiquent l'ordre des atomes, et dessinent des formules développées avec un trait pour chaque liaison. L'éthanol est un liquide qui bout vers 78 °C et se mélange à l'eau, en partie parce que son groupe O-H peut former des liaisons hydrogène. L'éther diméthylique n'a pas de groupe O-H et c'est un gaz à température ambiante.

Les noms suivent aussi la formule. Dans les composés covalents simples de deux éléments, des préfixes grecs comptent les atomes : mono pour 1, di pour 2, tri pour 3, tétra pour 4. CO est le monoxyde de carbone, CO₂ le dioxyde de carbone, et N₂O₄ le tétraoxyde de diazote. Les noms coréens comptent les atomes de la même façon avec des nombres sino-coréens. Les composés ioniques se nomment sans préfixes, car les charges fixent déjà la proportion : en français, on cite d'abord l'ion du non-métal, avec la terminaison -ure ou le mot oxyde, puis le métal, comme dans chlorure de sodium et oxyde de magnésium. L'eau, l'ammoniac et le méthane gardent leurs noms traditionnels.

De la formule à la masse

Additionne les masses atomiques d'une formule et tu obtiens sa masse molaire, la masse en grammes d'une mole de la substance. Avec les valeurs UICPA de 2024, l'eau fait 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol. Le dioxyde de carbone fait 12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 g/mol. Le chlorure de sodium fait 22.990 + 35.45 = 58.44 g/mol. Le glucose fait 6 × 12.011 + 12 × 1.008 + 6 × 15.999 = 180.156 g/mol. Grâce à cette somme, une recette écrite en molécules devient une recette écrite en grammes.