Contrôle bientôt et tu découvres que « formule chimique », ce n'est pas le nom d'un cocktail ? Pas de panique. En quelques minutes tu vas savoir lire n'importe quelle formule et compter ses atomes. On va droit à l'essentiel, rien de plus.
Ce qu'il faut savoir avant de commencer
Trois mots à avoir en tête, tu les connais déjà un peu :
Un atome est le plus petit grain de matière. Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes accrochés ensemble. Chaque sorte d'atome correspond à un élément chimique, désigné par un symbole.
Une formule chimique, c'est simplement la carte d'identité d'une molécule écrite en abrégé : elle dit quels éléments la composent et combien d'atomes de chacun.
Les deux règles qui suffisent
Règle 1 — le symbole : une lettre majuscule, parfois suivie d'une minuscule. Exemples : $\mathrm{H}$ (hydrogène), $\mathrm{O}$ (oxygène), $\mathrm{C}$ (carbone), $\mathrm{Na}$ (sodium).
Règle 2 — l'indice : c'est le petit chiffre écrit en bas à droite d'un symbole. Il donne le nombre d'atomes de cet élément. Pas d'indice = 1 seul atome.
La formule clé à retenir :
$\text{nombre total d'atomes} = \text{somme de tous les indices}$
Regarde l'eau, $\mathrm{H_2O}$ : le petit $2$ colle au $\mathrm{H}$, donc 2 atomes d'hydrogène ; le $\mathrm{O}$ n'a pas d'indice, donc 1 atome d'oxygène.
Un exemple traité en entier : le dioxyde de carbone CO₂
On lit la formule $\mathrm{CO_2}$ de gauche à droite, symbole par symbole.
1) Premier symbole : $\mathrm{C}$ (carbone). Il n'a pas d'indice, donc il y a 1 atome de C.
2) Deuxième symbole : $\mathrm{O}$ (oxygène). Son indice est $2$, donc il y a 2 atomes de O.
3) On additionne pour avoir le total : $1 + 2 = 3$.
Conclusion : une molécule de dioxyde de carbone contient 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène, soit 3 atomes en tout. Si tu sais faire ça, tu as déjà la moyenne au contrôle.
Là, ça te revient : le fameux petit $2$ en bas de $\mathrm{H_2O}$, ce n'est pas une faute de frappe, c'est une information. Reprenons le cours au propre, dans l'ordre, avec les vraies définitions et une méthode que tu pourras appliquer à n'importe quelle formule.
Les définitions propres
Formule chimique : écriture abrégée qui représente la composition d'une molécule (ou d'un composé). Elle indique les éléments présents et le nombre d'atomes de chacun.
Symbole d'un élément : une lettre majuscule, éventuellement suivie d'une lettre minuscule. Attention, la casse compte : $\mathrm{C}$ n'est pas $\mathrm{Cl}$, et $\mathrm{CO}$ n'est pas $\mathrm{Co}$ (on y revient plus loin).
Indice : petit chiffre placé en bas à droite d'un symbole. Il indique combien d'atomes de cet élément la molécule contient. Un indice ne concerne que le symbole qui le précède immédiatement. Absence d'indice signifie 1 atome.
Coefficient : nombre écrit devant la formule (taille normale). Il compte le nombre de molécules. À ne pas confondre avec l'indice : le coefficient multiplie toute la molécule, l'indice n'agit que sur un seul symbole.
La méthode de lecture, pas à pas
Pour lire n'importe quelle formule, tu suis toujours les mêmes quatre étapes :
1) Repérer chaque symbole d'élément : chaque symbole commence par une majuscule, parfois suivie d'une minuscule.
2) Lire l'indice à droite de chaque symbole ; s'il n'y en a pas, compter 1 atome.
3) Dresser le bilan : pour chaque élément, noter son nombre d'atomes.
4) Additionner tous ces nombres pour obtenir le total d'atomes de la molécule.
Sur la molécule d'eau $\mathrm{H_2O}$, ces étapes donnent : symbole $\mathrm{H}$ indice $2$ (2 atomes), symbole $\mathrm{O}$ sans indice (1 atome), total $2+1=3$ atomes. La figure montre à quoi ça correspond en vrai.
Deux exemples traités et les symboles à connaître
Exemple 1 — le méthane $\mathrm{CH_4}$ :
Symbole $\mathrm{C}$ : pas d'indice, donc 1 atome de carbone.
Symbole $\mathrm{H}$ : indice $4$, donc 4 atomes d'hydrogène.
Total : $1 + 4 = 5$ atomes.
Exemple 2 — le dioxyde de carbone $\mathrm{CO_2}$ :
Symbole $\mathrm{C}$ : pas d'indice, donc 1 atome de carbone.
Symbole $\mathrm{O}$ : indice $2$, donc 2 atomes d'oxygène.
Total : $1 + 2 = 3$ atomes.
Les symboles courants à mémoriser : $\mathrm{H}$ hydrogène, $\mathrm{O}$ oxygène, $\mathrm{C}$ carbone, $\mathrm{N}$ azote, $\mathrm{Na}$ sodium, $\mathrm{Cl}$ chlore, $\mathrm{Fe}$ fer, $\mathrm{S}$ soufre. Les apprendre par cœur te fera gagner un temps précieux.
Assez de théorie, on retrousse les manches. On va lire des formules ensemble, en commentant chaque ligne comme si j'étais assise à côté de toi. Suis le fil, tu vas voir que c'est toujours le même geste qui revient.
On le fait ensemble : le sel de table NaCl
Formule à lire : $\mathrm{NaCl}$. On avance de gauche à droite, tranquillement.
D'abord, on découpe en symboles. $\mathrm{Na}$ (majuscule $\mathrm{N}$ + minuscule $\mathrm{a}$) : c'est un seul élément, le sodium. Piège évité : ce n'est pas $\mathrm{N}$ + $\mathrm{a}$, la minuscule fait partie du symbole.
Ensuite $\mathrm{Cl}$ (majuscule $\mathrm{C}$ + minuscule $\mathrm{l}$) : encore un seul élément, le chlore. Ce n'est pas $\mathrm{C}$ (carbone) suivi de $\mathrm{l}$.
Aucun des deux symboles n'a d'indice : donc 1 atome de sodium et 1 atome de chlore.
Bilan et total : $1 + 1 = 2$ atomes. Le sel, c'est donc 1 sodium accroché à 1 chlore.
On le fait ensemble : l'ammoniac NH₃
Formule à lire : $\mathrm{NH_3}$. Même méthode, on ne change rien.
Premier symbole : $\mathrm{N}$, l'azote. Regarde bien : le $\mathrm{H}$ qui suit commence par une majuscule, donc $\mathrm{N}$ est bien tout seul. Il n'a pas d'indice, donc 1 atome d'azote.
Deuxième symbole : $\mathrm{H}$, l'hydrogène. Son indice est $3$, et l'indice ne concerne que le symbole juste devant lui : donc 3 atomes d'hydrogène (et pas 3 azotes, attention).
Bilan : 1 atome de $\mathrm{N}$, 3 atomes de $\mathrm{H}$.
Total : $1 + 3 = 4$ atomes dans une molécule d'ammoniac.
On le fait ensemble : la rouille Fe₂O₃
Formule à lire : $\mathrm{Fe_2O_3}$. Celle-ci a deux indices, c'est justement l'occasion de bien viser.
Premier symbole : $\mathrm{Fe}$ (fer). Son indice est $2$ : cet indice porte sur $\mathrm{Fe}$ et sur lui seul, donc 2 atomes de fer.
Deuxième symbole : $\mathrm{O}$ (oxygène). Son indice est $3$ : il porte sur $\mathrm{O}$ uniquement, donc 3 atomes d'oxygène.
L'erreur classique serait de croire que le $2$ compte tout ou que le $3$ agit sur le fer. Chaque indice reste collé à son symbole, comme sur la figure.
Bilan : 2 atomes de $\mathrm{Fe}$, 3 atomes de $\mathrm{O}$. Total : $2 + 3 = 5$ atomes.
Objectif : zéro point perdu bêtement le jour J. On attaque les subtilités qui séparent le 12 du 18, les deux problèmes types qui tombent le plus, et surtout les pièges où toute la classe se fait avoir. Ce que le correcteur veut voir, on le pose noir sur blanc.
La subtilité qui rapporte des points : indice ou coefficient ?
C'est LA distinction que le correcteur guette. Relis-la à froid :
L'indice est un petit chiffre en bas à droite d'un symbole ; il ne compte que les atomes de cet élément. Le coefficient est un grand chiffre placé devant la formule ; il compte le nombre de molécules et multiplie donc tous les atomes.
Compare : $\mathrm{H_2O}$ = 1 molécule d'eau (2 H et 1 O). $2\,\mathrm{H_2O}$ = 2 molécules d'eau. Pour compter les atomes, on multiplie chaque indice par le coefficient : $2 \times 2 = 4$ atomes de $\mathrm{H}$ et $2 \times 1 = 2$ atomes de $\mathrm{O}$, soit $4 + 2 = 6$ atomes en tout.
Problème type résolu : compter les atomes dans 3 CO₂
Énoncé : combien d'atomes de chaque élément, et combien d'atomes en tout, dans $3\,\mathrm{CO_2}$ ?
Étape 1 — on lit une seule molécule $\mathrm{CO_2}$ : 1 atome de $\mathrm{C}$ et 2 atomes de $\mathrm{O}$.
Étape 2 — on repère le coefficient : $3$. Il y a donc 3 molécules identiques.
Étape 3 — on multiplie chaque nombre d'atomes par le coefficient : carbone $3 \times 1 = 3$ atomes ; oxygène $3 \times 2 = 6$ atomes.
Étape 4 — total : $3 + 6 = 9$ atomes.
Réponse : $3\,\mathrm{CO_2}$ contient 3 atomes de carbone, 6 atomes d'oxygène, soit 9 atomes au total.
Problème type résolu : écrire une formule, et les pièges à éviter
Énoncé : une molécule est formée de 1 atome de carbone et de 4 atomes d'hydrogène. Écris sa formule.
Étape 1 — pour chaque élément, on écrit le symbole puis, en indice, son nombre d'atomes. Carbone : 1 atome, donc $\mathrm{C}$ (pas d'indice, car 1 ne s'écrit jamais).
Étape 2 — hydrogène : 4 atomes, donc $\mathrm{H_4}$.
Étape 3 — on assemble : $\mathrm{CH_4}$. C'est le méthane.
Ce que le correcteur attend : un bilan clair élément par élément, le 1 jamais écrit en indice, et le total juste. Sur un comptage avec coefficient, il vérifie que tu as bien multiplié tous les atomes.
Les pièges classiques :
Piège 1 — la casse : $\mathrm{CO}$ (carbone + oxygène, 2 éléments) n'est pas $\mathrm{Co}$ (cobalt, 1 seul élément). Une majuscule ouvre toujours un nouveau symbole.
Piège 2 — la portée de l'indice : dans $\mathrm{CO_2}$, le $2$ ne concerne que l'oxygène, jamais le carbone.
Piège 3 — oublier le coefficient : dans $2\,\mathrm{H_2O}$, ne compte pas seulement 2 H et 1 O ; multiplie d'abord par 2.
Tu maîtrises la lecture des formules ? Alors regardons par-dessus la clôture. À quoi servent vraiment ces formules dès l'an prochain, et pourquoi l'eau s'écrit $\mathrm{H_2O}$ et pas autrement ? Petit aperçu, sans stress : rien de tout ça n'est exigé au contrôle de 4e.
Où ça mène : les équations de réaction et Lavoisier
Savoir lire une formule, c'est la clé d'entrée vers les équations de réaction chimique que tu verras en 3e. Une équation, c'est deux groupes de formules séparés par une flèche : les réactifs (ce qui disparaît) à gauche, les produits (ce qui se forme) à droite.
Exemple, la combustion du méthane : $\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}$.
Ici, les coefficients devant $\mathrm{O_2}$ et $\mathrm{H_2O}$ servent à équilibrer : il doit y avoir exactement autant d'atomes de chaque élément à gauche qu'à droite. C'est la conservation de la masse mise en évidence par Lavoisier : rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Compte toi-même : carbone 1 à gauche, 1 à droite ; hydrogène 4 et 4 ; oxygène 4 et 4. La balance est à l'équilibre.
Pourquoi H₂O et pas autre chose : l'idée de justification
Tu peux te demander : pourquoi l'eau est-elle $\mathrm{H_2O}$ et non $\mathrm{HO}$ ou $\mathrm{H_3O}$ ? Voici l'intuition que tu formaliseras plus tard.
Chaque atome peut former un nombre fixe de liaisons avec ses voisins : l'hydrogène en forme 1, l'oxygène en forme 2, le carbone en forme 4. Pour construire une molécule stable, il faut que toutes les mains se tiennent.
Dans l'eau, l'oxygène (2 liaisons) tend une main à chaque hydrogène (1 liaison chacun) : il faut donc pile 2 hydrogènes pour 1 oxygène, d'où $\mathrm{H_2O}$. Même logique pour le méthane : le carbone (4 liaisons) réclame 4 hydrogènes, d'où $\mathrm{CH_4}$. Les indices d'une formule ne sont donc pas arbitraires : ils traduisent la façon dont les atomes s'assemblent.
Le teaser des années suivantes
Quelques portes qui s'ouvriront à partir de cette notion :
Les ions (déjà croisés avec les atomes, molécules et ions) : certaines formules portent une charge, comme $\mathrm{Na^+}$ ou $\mathrm{Cl^-}$, et se combinent pour donner des composés comme $\mathrm{NaCl}$.
Équilibrer une équation : en 3e, tu apprendras à trouver toi-même les coefficients pour respecter la conservation des atomes.
Au lycée : formules développées (on dessine chaque liaison), quantité de matière et masses molaires (on ne comptera plus les atomes un par un mais par paquets géants appelés moles). Tout cela repose sur le même geste de base que tu maîtrises déjà : lire une formule et compter ses atomes.