Construire une molécule : plan de leçon atomes et liaisons
Mis à jour le 2026-10-02
Ce plan de leçon pour construire une molécule utilise une simulation gratuite dans laquelle les élèves font glisser des atomes les uns vers les autres, et la molécule fonctionne ou ne fonctionne pas. L'hydrogène fait une liaison, l'oxygène deux, l'azote trois, le carbone quatre, et la simulation indique aux élèves quand un atome est complet. Une molécule terminée affiche sa formule, son nom et un modèle 3D avec sa forme et son angle de liaison. Vous obtenez des objectifs d'apprentissage, la préparation, des prédictions, un déroulé pas à pas avec ce que les élèves doivent voir, une série de cinq questions pour le lien de la classe, un prolongement VSEPR pour les élèves plus âgés et des idées de différenciation. Chaque formule, forme et angle ci-dessous provient du code du modèle des simulations elles-mêmes.
La leçon en un coup d'œil
- Niveau : de la 5e à la 2de (12 à 16 ans). Le prolongement VSEPR convient à la 2de–terminale.
- Durée : une séance de 50 à 60 minutes, plus un prolongement facultatif de 20 minutes.
- Prérequis : atomes et éléments, symboles chimiques. Voir la liaison comme « des atomes qui partagent des électrons » aide, sans être indispensable.
- Format : en binômes sur ordinateurs portables ou tablettes. Faire glisser les atomes fonctionne aussi sur téléphone, mais le tableau est petit.
- Simulation : Construire des molécules – atomes, valence, formules et formes 3D. Prolongement : Géométrie des molécules – liaisons, doublets non liants et angles de liaison (VSEPR).
Objectifs d'apprentissage
À la fin de la leçon, les élèves savent :
- Utiliser la valence (H une liaison, O deux, N trois, C quatre) pour construire des molécules simples et dire pourquoi certaines combinaisons échouent.
- Écrire la formule d'une molécule qu'ils ont construite.
- Classer une molécule comme corps simple ou corps composé.
- Décrire les formes de H₂O, CO₂, NH₃ et CH₄ et donner leurs angles de liaison.
- Expliquer comment deux molécules différentes peuvent avoir la même formule (isomères).
Ce que fait la simulation
Les élèves font glisser des atomes depuis les bacs en bas de l'écran et les déposent près d'un autre atome. Si les deux atomes ont encore une liaison libre, ils se lient. Toucher une liaison la coupe ; avec une souris, un ✂ apparaît quand on pointe une liaison. Quand chaque atome a utilisé exactement sa valence, la molécule est complète et une étiquette affiche sa formule et son nom, par exemple « H₂O – eau », avec un bouton 3D. La ligne d'état explique ce qui s'est passé, par exemple « Vous avez construit H₂O (eau) – corps composé de H, O. »
La simulation utilise ces valences : H, F, Cl et Br une liaison ; O deux ; N, P et B trois ; C et Si quatre ; S deux (davantage seulement s'il est lié à O). Elle ne construit que des chaînes ouvertes, sans cycles, et son catalogue contient 58 substances.
Elle comporte trois écrans :
- Créer des molécules : quatre boîtes de collection et un ou plusieurs kits contenant un nombre limité d'atomes. ◀ ▶ changent de kit. Une molécule terminée va dans la boîte dont la formule correspond. La collection 1 demande CO₂, CO, H₂O₂ et Cl₂. Le kit 1 contient 3 C et 4 O. Le kit 2 contient 2 H, 3 O et 3 Cl. Chaque kit a un ou deux atomes en trop, donc les élèves doivent planifier. Recommencer ramène la même collection 1.
- Multiples : chaque boîte demande deux ou trois molécules de la même substance. La collection 1 demande 2 Cl₂, 2 CH₄, 3 CO et 3 HF.
- Laboratoire : quatre kits avec des atomes illimités (H C N O · H C O F Cl · H N O S P · H C Br B Si), jusqu'à 40 atomes sur la table par kit.
La vue 3D pivote par glissement et indique la forme et l'angle de liaison : « Forme : coudée autour de O (angle de liaison ≈ 104,5°). » En dessous, elle compte chaque élément et dit si la molécule est un corps simple ou un corps composé.
Matériel et préparation avant la classe
Matériel : un appareil par binôme, et une fiche de relevé avec des colonnes pour la formule, le nom, corps simple ou composé, la forme et l'angle de liaison.
Préparation (10 minutes, une seule fois) :
- Ouvrez la simulation. Les réglages par défaut sont l'écran Créer des molécules, des substances courantes et les noms affichés.
- Cliquez sur Partager et créez un lien pour chaque classe, par exemple « Sciences · 4e A ». Le lien épingle ces valeurs de départ. Pour une classe qui connaît la chimie organique, un second lien avec Objectifs de collection réglé sur Étendu (avec organiques) donne des boîtes plus difficiles.
- Facultatif : dans l'onglet Questions, saisissez la série de questions ci-dessous et associez-la au lien.
- Affichez le lien, ou ouvrez-le en mode présentation et montrez le QR code.
Déroulé de la leçon
1. Accroche et prédictions (7 minutes)
Montrez un verre d'eau et demandez : « On écrit l'eau H₂O. Pourquoi pas HO, ou H₃O ? » Recueillez quelques réponses. Les élèves s'engagent ensuite sur deux prédictions, sur papier ou sur le lien :
- P1. « Vous avez un atome de carbone et beaucoup d'hydrogène. Combien d'atomes H se lieront au C avant que la molécule soit complète ? 2 / 3 / 4 / 6 »
- P2. « Quelle forme attendez-vous pour une molécule d'eau ? Une ligne droite / coudée / un triangle plat / une pyramide »
Beaucoup d'élèves dessinent l'eau comme une ligne droite H–O–H. Ne corrigez encore personne.
2. La valence dans le Laboratoire (10 minutes)
Ouvrez Laboratoire avec le kit 1 (H, C, N, O). Les binômes construisent et notent :
| Construction | Liaisons sur l'atome central | Résultat |
|---|---|---|
| O avec 2 H | 2 | H₂O – eau |
| N avec 3 H | 3 | NH₃ – ammoniac |
| C avec 4 H | 4 | CH₄ – méthane |
| C avec 2 O | 4 (deux liaisons doubles) | CO₂ – dioxyde de carbone |
Demandez-leur ensuite d'enfreindre exprès les règles :
- C avec seulement 2 H : aucun nom n'apparaît, et la ligne d'état indique « Certains atomes ont encore une valence libre (ou incorrecte) : ce n'est pas encore une molécule complète. »
- Un cinquième H sur le méthane : il ne se lie pas. La ligne d'état dit que l'atome touché « a déjà utilisé toute sa valence », par exemple « L'atome C a déjà utilisé toute sa valence (IV) : il ne peut plus former de liaison. »
- H–O–O–O–H : chaque atome est satisfait, mais l'étiquette indique « H₂O₃ – hors catalogue ». Les règles l'autorisent sur le papier. Demandez : « Cela veut-il dire qu'elle existe ? » Un beau moment pour distinguer les règles d'un modèle de la vraie chimie.
Remarquez les liaisons doubles de CO₂ : les élèves ne font que déposer des atomes, et la simulation dessine les liaisons doubles une fois toutes les valences satisfaites. Vérifiez P1 maintenant.
3. Créer des molécules : planifier ses atomes (10 minutes)
Passez à Créer des molécules. Le kit 1 (3 C, 4 O) doit fournir CO₂ et CO. Le kit 2 (2 H, 3 O, 3 Cl) doit fournir H₂O₂ et Cl₂.
Le piège est dans le kit 2. Un élève qui construit d'abord l'eau utilise les deux atomes d'hydrogène et n'en a plus pour H₂O₂. Laissez-les tomber dans le piège. Demandez ensuite : « Qu'y a-t-il à défaire ? » Ils font glisser l'eau de nouveau vers les bacs, ce qui rend ses atomes, et reconstruisent. Les élèves qui finissent tôt appuient sur Nouvelle collection.
Une remarque sur CO, au cas où les élèves poseraient la question : le vrai monoxyde de carbone a une liaison triple. La simulation s'en tient à des règles de valence simples, donne ici au carbone une valence de II et dessine une liaison double.
4. Corps simples et corps composés (5 minutes)
Chaque fois qu'une molécule est terminée, la ligne d'état la classe. O₂ donne « Vous avez construit O₂ (dioxygène) – corps simple (O seul). » H₂O donne « Vous avez construit H₂O (eau) – corps composé de H, O. » Demandez-leur de trier tout ce qu'ils ont construit en deux colonnes. Cl₂, H₂, O₂ et N₂ sont des corps simples. H₂O, CO₂, NH₃, CH₄ et H₂O₂ sont des corps composés.
5. Les formes en 3D (8 minutes)
Les élèves ouvrent 3D sur chaque molécule et complètent le tableau :
| Molécule | Forme dans la vue 3D | Angle de liaison affiché |
|---|---|---|
| H₂O | coudée autour de O | ≈ 104,5° |
| CO₂ | linéaire autour de C | 180° |
| NH₃ | pyramidale trigonale autour de N | ≈ 107° |
| CH₄ | tétraédrique autour de C | 109,5° |
| HCN | linéaire autour de C | 180° |
Vérifiez P2. Demandez : « L'eau et le dioxyde de carbone ont tous deux trois atomes. Pourquoi l'une est-elle coudée et l'autre droite ? » L'oxygène garde deux paires d'électrons qui ne sont pas dans des liaisons, et elles repoussent les hydrogènes vers le bas. Le carbone de CO₂ n'en a pas. Le prolongement ci-dessous le rend visible.
6. Isomères (5 minutes)
Dans le Laboratoire, les élèves construisent deux molécules à partir de 2 C, 6 H et 1 O. L'une donne « C₂H₅OH – éthanol », l'autre « CH₃OCH₃ – méthoxyméthane (éther diméthylique) ». Mêmes atomes, liaisons différentes, substances différentes. La vue 3D de chacune montre des carbones tétraédriques et un oxygène coudé.
7. Vérification de sortie (5 minutes)
Utilisez les questions 3 à 5 de la série ci-dessous. Ouvrez ensuite Voir les réponses et comparez les colonnes Prédiction et Après pour P1 et P2.
Série de questions pour cette leçon
Saisissez-les dans l'onglet Questions de la simulation. Consignes pour les élèves suggérées : « Utilisez le Laboratoire avec le kit 1 (H, C, N, O). Ouvrez la vue 3D pour lire les formes et les angles. »
1. Choix multiple · Avant, comme prédiction · Reposer après la simulation
- Question : « Vous avez un atome de carbone et beaucoup d'hydrogène. Combien d'atomes H se lieront au C avant que la molécule soit complète ? »
- Options : 2 / 3 / 4 (correct) / 6
- Explication : « Le carbone a une valence de quatre : il forme quatre liaisons. L'hydrogène en forme une. Donc un carbone porte quatre hydrogènes, ce qui donne CH₄, le méthane. Avec moins, le carbone a encore des liaisons libres et la molécule n'est pas complète. »
2. Choix multiple · Avant, comme prédiction · Reposer après la simulation
- Question : « Quelle forme attendez-vous pour une molécule d'eau ? »
- Options : une ligne droite / coudée (correct) / un triangle plat / une pyramide
- Explication : « L'eau est coudée, avec un angle H–O–H d'environ 104,5°. L'atome d'oxygène a deux paires d'électrons qui ne sont pas dans des liaisons. Elles rapprochent les deux liaisons O–H, la molécule ne peut donc pas être droite. »
3. Choix multiple · Après la simulation
- Question : « Laquelle de ces molécules est un corps simple, et non un corps composé ? »
- Options : H₂O / CO₂ / NH₃ / O₂ (correct)
- Explication : « Un corps simple est formé d'un seul type d'atome. O₂ ne contient que des atomes d'oxygène. H₂O, CO₂ et NH₃ contiennent chacun deux éléments différents : ce sont des corps composés. »
4. Nombre · Après la simulation
- Question : « Construisez NH₃ et ouvrez sa vue 3D. Quel angle de liaison affiche-t-elle, en degrés ? »
- Réponse : 107, marge d'erreur ± 1, unité °
- Explication : « L'ammoniac est pyramidal trigonal, avec des angles H–N–H d'environ 107°. C'est un peu moins que les 109,5° du méthane, car le doublet non liant de l'azote rapproche les trois liaisons. »
5. Réponse courte · Après la simulation
- Question : « L'éthanol et le méthoxyméthane contiennent tous deux 2 C, 6 H et 1 O. En quoi les deux molécules sont-elles différentes ? »
- Réponses acceptées (facultatif) : laissez vide et lisez les réponses vous-même.
- Réponse modèle : « Les atomes sont liés dans un ordre différent. Dans l'éthanol, l'oxygène est au bout de la chaîne carbonée, lié à un C et à un H. Dans le méthoxyméthane, l'oxygène est entre les deux atomes de carbone. Des structures différentes font des substances différentes, appelées isomères. »
Les questions 1 et 2 sont les prédictions, reposées après la simulation. Pour en savoir plus sur l'intérêt des prédictions, consultez Prédire–Observer–Expliquer avec des simulations.
Prolongement : pourquoi les molécules ont ces formes (VSEPR)
Pour la 2de–terminale, ou une seconde leçon, la simulation sur les formes montre la raison des angles. Sur son écran Modèle, les élèves ajoutent des liaisons simples, doubles ou triples et des doublets non liants à un atome central A, jusqu'à six en tout. Les liaisons et les doublets non liants se repoussent le plus loin possible. Les élèves peuvent déplacer un atome et le voir revenir comme sur un ressort. Cochez Angles de liaison et Géométrie électronique pour voir les nombres et les noms.
Demandez aux binômes de remplir ce tableau :
| Autour de A | Géométrie moléculaire | Angle de liaison | Exemple réel |
|---|---|---|---|
| 2 liaisons | linéaire | 180,0° | CO₂ |
| 3 liaisons | triangulaire plane | 120,0° | BF₃ |
| 4 liaisons | tétraédrique | 109,5° | CH₄ |
| 3 liaisons + 1 doublet non liant | pyramidale trigonale | 107,0° | NH₃ |
| 2 liaisons + 2 doublets non liants | coudée | 104,5° | H₂O |
Trois points à faire ressortir :
- Les doublets non liants repoussent plus fort que les liaisons. Quatre domaines électroniques donnent 109,5° sans doublet non liant, 107,0° avec un et 104,5° avec deux.
- Une liaison double compte pour une seule direction. Deux liaisons doubles sur A donnent toujours un angle linéaire de 180,0°, c'est CO₂.
- Les modèles ont des limites. Sur l'écran Molécules réelles, choisissez SO₂. L'affichage donne « Angles de liaison mesurés : 119,0° · modèle : 114,7° ». Demandez aux élèves pourquoi un modèle simple de répulsion peut se tromper de quatre degrés.
Différenciation
Soutien :
- Restez dans le Laboratoire avec le kit 1 et donnez les quatre molécules cibles sur une carte.
- Donnez une carte des valences : « H une main, O deux mains, N trois mains, C quatre mains. Chaque main doit tenir une autre main. »
- Laissez Afficher les noms activé pour que les élèves puissent vérifier leur propre travail.
Approfondissement :
- Construire les deux isomères de C₃H₇OH (propan-1-ol et propan-2-ol) et expliquer la différence.
- Construire l'éthène (C₂H₄) et l'éthyne (C₂H₂) et comparer les angles au niveau du carbone : 120° et 180°.
- Dans le prolongement, prédire la forme d'un atome central à 4 liaisons et 2 doublets non liants avant de la construire.
Élèves allophones : la simulation est disponible en six langues. Créez un second lien dans la langue de l'élève pour que les libellés lui soient familiers pendant que la discussion reste en français.
Lien avec les référentiels
Cette leçon correspond à la norme américaine NGSS MS-PS1-1 : élaborer des modèles pour décrire la composition atomique de molécules simples et de structures étendues. Le prolongement VSEPR soutient les unités de chimie du lycée sur la liaison covalente et la forme des molécules, et mobilise la pratique « développer et utiliser des modèles ». Elle s'inscrit dans les thèmes de liaison du GCSE Chemistry (Royaume-Uni) et des cours d'introduction à la chimie.
Pour d'autres activités de chimie, consultez des idées de leçons de chimie interactives, où l'activité construire un atome fait une bonne leçon avant celle-ci. Pour les routines de classe, consultez comment utiliser les simulations interactives en classe. Le plan de leçon Équilibrer les équations chimiques réutilise ensuite les mêmes molécules.
Questions fréquentes
Pourquoi deux atomes ne se lient-ils pas quand je les dépose l'un contre l'autre ?
L'un d'eux au moins n'a plus de liaison libre, ou le dépôt était trop loin. La ligne d'état dit quel atome est complet. Déposez le nouvel atome tout contre un atome qui a encore de la place.
Pourquoi les élèves ne peuvent-ils pas construire du benzène ou d'autres cycles ?
La simulation ne construit que des chaînes ouvertes. Les cycles et les ions chargés sont hors de ce modèle : il convient à une introduction à la liaison plutôt qu'à la chimie organique.
Le bouton 3D ne s'ouvre pas. Que faire ?
La vue 3D a besoin de WebGL. Sur un vieil appareil, la simulation affiche un message à la place. Essayez un autre navigateur ou activez l'accélération matérielle. Le reste de la leçon fonctionne sans la 3D.
Toute molécule construite par un élève existe-t-elle ?
Non. Une molécule qui satisfait toutes les valences mais ne figure pas dans le catalogue de 58 substances affiche « hors catalogue », comme H₂O₃. C'est une bonne piste de discussion : les règles d'un modèle ne garantissent pas qu'une substance soit stable.