3.4: Classification des éléments et des composés

Les corps purs sont constitués d'un seul type de matière. Un corps pur peut être élémentaire ou composé. Un élément est constitué d'un seul type d'atome, tandis qu'un composé comprend deux ou plusieurs types d'atomes maintenus ensemble par une liaison chimique. Les éléments sont classés comme étant atomiques ou moléculaires en fonction de la nature de leurs unités de base.

Les composés sont des corps purs composés de deux éléments ou plus dans des proportions fixes et définies. Les composés sont classés comme étant ioniques ou moléculaires (covalents) en fonction des liaisons qu'ils présentent.

Composés moléculaires

Des composés moléculaires (ou composés covalents) se forment lorsque deux ou plusieurs atomes non métalliques différents mettent des électrons en commun pour former des liaisons covalentes. Les unités de base des composés moléculaires sont des molécules neutres distinctes composées de différents atomes constitutifs. Par exemple, le composé moléculaire monoxyde de carbone est composé de molécules de CO contenant des atomes de carbone et d'oxygène liés par covalence. De même, le méthanol contient des molécules CH₃OH comme unités de base, constituant un atome de carbone, un atome d'oxygène et quatre atomes d'hydrogène, tous reliés de façon covalente.  

Les composés moléculaires peuvent être identifiés en fonction de leurs propriétés physiques. Dans des conditions normales, les composés moléculaires existent souvent sous forme de gaz, de liquides basse-ébullition et de solides basse-fusion, bien qu'il existe des exceptions.  

Composés ioniques

Lorsqu'un élément composé d'atomes qui perdent facilement des électrons (un métal) réagit avec un élément composé d'atomes qui gagnent facilement des électrons (un non-métal), un transfert d'électrons a généralement lieu, produisant des ions. Le composé formé par ce transfert est stabilisé par les attractions électrostatiques (liaisons ioniques) entre les ions de charge opposée présents dans le composé. Par exemple, lorsque chaque atome de sodium dans un échantillon de sodium métallique (groupe 1) abandonne un électron pour former un cation sodium, Na⁺, et que chaque atome de chlore dans un échantillon de chlore gazeux (groupe 17) accepte un électron pour former un anion chlorure, Cl⁻, le composé obtenu, NaCl, est composé d'ions sodium et d'ions chlorure suivant le rapport d'un ion Na⁺ pour chaque ion Cl⁻.  

Un composé qui contient des ions et qui est maintenu ensemble par des liaisons ioniques est appelé un composé ionique. Les composés ioniques sont des solides qui fondent généralement à des températures élevées et qui bouillent à des températures encore plus élevées. Sous la forme solide, un composé ionique n'est pas électriquement conducteur car ses ions ne peuvent pas circuler. Lorsqu'il est fondu, cependant, il peut conduire l'électricité parce que ses ions peuvent se déplacer librement à travers le liquide.  

Dans chaque composé ionique, le nombre total de charges positives des cations est égal au nombre total de charges négatives des anions. Ainsi, les composés ioniques sont globalement électriquement neutres, même s'ils contiennent des ions positifs et négatifs.  

De nombreux composés ioniques contiennent des ions polyatomiques comme cation ou comme anion, ou les deux. Comme pour les composés ioniques simples, ces composés doivent également être électriquement neutres, de sorte que leurs formules puissent être prévues en considérant les ions polyatomiques comme des unités distinctes. Dans une formule, nous utilisons des parenthèses pour indiquer un groupe d'atomes qui se comportent comme une unité. Par exemple, la formule du phosphate de calcium, l'un des minéraux dans nos os, est Ca₃(PO₄)₂. Cette formule indique qu'il y a trois ions calcium (Ca²⁺) pour deux groupes phosphate (PO₄)³⁻. Les groupes (PO₄)³⁻  sont des unités distinctes, chacune étant composée d'un atome de phosphore et de quatre atomes d'oxygène, et ayant une charge globale de 3−. Le composé est électriquement neutre et sa formule compte au total trois atomes de Ca, deux atomes de P et huit atomes d'O.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 2.6 : Composés moléculaires et ioniques.

Dans la nature, les substances pures existent sous forme d'éléments ou de composés. Selon l'unité de base, les éléments existent sous forme atomique ou moléculaire, tandis que les composés peuvent être sous-classés comme moléculaires ou ioniques. Les éléments atomiques ont des atomes simples comme unités de base.

L'hélium, l'or et le fer sont des exemples d'éléments monoatomiques pouvant exister sous forme d'atomes individuels stables. Les éléments moléculaires, d'autre part, contiennent deux atomes ou plus liés ensemble formant une molécule comme unité de base. L'hydrogène diatomique avec deux atomes d'hydrogène et le soufre polyatomique avec huit atomes de soufre sont des exemples d'éléments moléculaires.

Par rapport aux éléments moléculaires, les composés moléculaires sont formés lorsque des atomes de deux ou plus éléments non métalliques se combinent en partageant des électrons de valence par le biais de liaisons covalentes. La combinaison abaisse l'énergie potentielle globale du système, entraînant ainsi la formation d'une molécule stable. Par conséquent, les unités de base d'un composé moléculaire sont des molécules composées d'atomes.

L'éthanol est un composé moléculaire, qui contient des unités de base de molécules d'éthanol distinctes comprenant deux atomes de carbone, six atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Des composés ioniques sont formés lorsque des atomes d'éléments métalliques se combinent avec des atomes d'un ou plusieurs éléments non métalliques. Les atomes métalliques perdent facilement leurs électrons de valence pour former des cations chargés positivement tandis que les atomes non métalliques gagnent des électrons formant des anions chargés négativement.

De fortes attractions électrostatiques ou liaisons ioniques sont formées entre les ions chargés de manière opposée, abaissant ainsi l'énergie totale du système et entraînant l'assemblage de structures ioniques en treillis stables, ordonnées et tridimensionnelles. Le plus petit réseau d'ions qui forment des unités de base électriquement neutres d'un composé ionique, est appelé l'unité de formule. Le sel de Table est un composé ionique avec une unité de formule NaCl contenant un réseau tridimensionnel alternant d'ions sodium et d'ions chlorure.

Cependant, de nombreux composés ioniques sont composés d'ions qui ne sont pas singuliers, comme le sodium ou le chlorure, mais constitués de multiples atomes liés par covalence avec une charge négative ou positive nette-appelés ions polyatomiques. Par exemple, l'acétate de sodium est composé d'ions sodium chargés positivement et d'ions acétate polyatomiques portant une charge négative nette.