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Le dioxygène ou la molécule d'oxygène |
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Les atomes Un atome est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau composé de protons et de neutrons autour desquels se trouvent des électrons. La taille de son diamètre est de l'ordre du dixième de nanomètre (nm), soit 10-10 m. En chimie, les atomes sont les éléments de base. Ils constituent la matière et forment les molécules en partageant des électrons. Les atomes restent, grosso modo, indivisibles au cours d'une réaction chimique (en acceptant les légères exceptions que constituent les échanges des électrons périphériques). La majeure partie de la masse de l'atome se trouve concentrée dans un très faible volume (dimension de l'ordre de 10-15 m) : le noyau. Autour du noyau se trouve le cortège électronique, "un nuage" de particules identiques : les électrons; les dimensions de ce nuage électronique (de l'ordre d'un angström, ou 10-10 m) correspondent à celles de l'atome.  État |1s> de l'atome d'hydrogène. Densité de probabilité de présence : la figure en niveau de gris-blanc donne la densité de probabilité de présence de l'électron |1s> (coupe de section droite passant par le centre de l'atome). La courbe indique la densité de probabilité de présence radiale, maximale au niveau du premier rayon de Bohr. La charge électrique d'un atome est neutre, car le nombre d'électrons (chargés négativement) du nuage électronique est égal au nombre de protons (chargés positivement) constituant le noyau. Ainsi, les charges électriques s'annulent d'un point de vue macroscopique. Les atomes sont susceptibles de se charger électriquement en gagnant ou en perdant un ou plusieurs électrons : on parle alors d'ions. Du fait qu'un électron a une charge électrique négative, si un atome gagne un ou plusieurs électrons, la charge de l'atome devient négative (anion), et s'il en perd, la charge de l'atome devient positive (cation). Les propriétés physiques et chimiques des atomes dépendent essentiellement du nombre de protons qui composent leur noyau. Aussi, les atomes sont-ils classés dans le tableau imaginé par le chimiste russe Dimitri Ivanovich Mendeleïev, suivant ce nombre, appelé numéro atomique et noté Z. Les molécules Une molécule est un assemblage d'atomes dont la composition est donnée par sa formule chimique. Les molécules sont des ensembles a priori électriquement neutres, dans lesquels les atomes sont liés entre eux majoritairement par des liaisons covalentes. Il existe de nombreux exemples d'assemblages supra-moléculaires par liaisons Van der Waals, hydrogène ou ioniques. Des dissymétries électroniques apparaissent parfois pouvant aller jusqu'à donner des ions par solvatation (solvants polaires). Dès lors, on doit conclure que le dihydrogène (H2), le dioxygène (O2) et tant d'autres gaz diatomiques, sont électriquement neutres. Ce qui laisse entendre que lorsqu'ils sont isolés, ils sont zérovalents. La molécule d'oxygène et la liaison covalente Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température. Il est également appelé "molécule d'oxygène", ou simplement "oxygène" dans le langage courant (à ne pas confondre avec l'élément chimique de même nom). Il est incolore, inodore et insipide. Il compose 20,95 % en volume et 23,2 % en masse de l'atmosphère terrestre. C'est un gaz indispensable à beaucoup de formes de vie, auxquelles il fournit l'oxygène nécessaire à la respiration des cellules. Il n'est en revanche pas indispensable à certaines bactéries dites anaérobies facultatives, et il est même mortel pour les bactéries anaérobies strictes. De l'atome d'oxygène vers la molécule d'oxygène Le principe de base est que les propriétés chimiques des éléments (atomes) dépendent de leur structure électronique, notamment des électrons dits "des couches externes". Ces couches externes sont formées des électrons les moins liés au noyau et occupent des "couches" généralement incomplètes. Cette incomplétude est énergétiquement défavorable et pousse les éléments à engager des liaisons électroniques (donc in fine, chimiques) avec d'autres éléments.  Atome d'oxygène "en manque" avec 4 électrons
L'oxygène n'a que quatre électrons dans sa couche externe mais aimerait en avoir six pour que cette couche soit pleine (couche interne de type s avec 2 électrons et couche externe de type p qui serait pleine avec 6 électrons : configuration de gaz rare). électrons mis en commun sur les orbitales de liaison
 orbitales atomiques "intactes" Molécule d'oxygène avec 2 électrons liants en "temps partagé" sur des orbitales périphériques
Le gaz oxygène résout ce problème en associant deux atomes d'oxygène dans une molécule de dioxygène (celle que l'on respire mélangé au diazote dans l'air ambiant). Cette molécule est formée par "la mise en commun" de deux électrons liants "en temps partagé" qui fait que techniquement, chaque atome en possède six de temps en temps et est donc heureux. Cette mise en commun partielle d'électrons, à part égale sur chacun des atomes, est typique de la liaison covalente. |
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Lorsque deux atomes se rapprochent l’un de l’autre, il se manifeste à partir d’une certaine distance (1 nanomètre environ) une attraction entre le noyau de l’un et les électrons de l’autre (et réciproquement). Cette attraction devient notable lorsque la distance séparant les noyaux n’est plus que de 500 picomètres. Mais, à partir de cette distance, l’encombrement électronique et les forces de répulsion entre charges de même signe tendent à compenser l’attraction. Il s’établit un équilibre à une distance définie entre les 2 noyaux, caractéristique pour chaque atome. Sa valeur est, à titre d’exemples, de : 106 pm pour le dihydrogène, 121 pm pour le dioxygène. |
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Les paramètres de la molécule d'oxygène Les paramètres du dioxygène sont les suivants:
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