Espèces chimiques
Informations clés & Résumé
- Une espèce chimique est un ensemble d’entités moléculaires qui sont chimiquement identiques et peuvent explorer les mêmes niveaux d’énergie moléculaire à une échelle de temps définie
- Si deux isomères conformationnels s’interconvertent suffisamment lentement pour être détectés chacun par des spectres RMN différents, ils seraient définis comme deux espèces espèces chimiques
- En chimie supramoléculaire, structures supramoléculaires dont les interactions ont été formées par la création ou la rupture de certaines liaisons intermoléculaires est définie comme la même espèce chimique
Que signifie “espèce chimique”?
En termes simples, si un atome est identique à un autre atome, ils sont définis comme étant la même espèce chimique. C’est également vrai pour les molécules, en ce sens que si une molécule est identique à une autre, ce sont les mêmes espèces chimiques.
Une espèce chimique peut également être définie comme un ensemble d’entités moléculaires chimiquement identiques et pouvant explorer les mêmes niveaux d’énergie moléculaire sur une échelle de temps définie.
Par exemple, une bouteille remplie d’eau contient des molécules de la même espèce chimique. De plus, une barre d’or massif contient des atomes de la même espèce chimique.
Le terme “espèce chimique” peut également désigner la forme sous laquelle existe un produit chimique lorsqu’il est trouvé dans une solution. Par exemple, lorsque le NaCl est dissous en solution, vous ne trouvez pas réellement de NaCl. Au contraire, vous avez des ions Na + et des ions Cl– c’est parce que le NaCl s’est dissocié. Ainsi, les espèces chimiques de cette solution seront les ions Na+ et les ions Cl-. Cette règle est valable pour tous les électrolytes forts. On dit qu’ils ont des espèces ioniques en solution.
Pour les électrolytes qui ne se dissocient pas en solution, l’espèce chimique est définie comme étant la même qu’avant son ajout à la solution. On dit qu’ils ont des espèces moléculaires en solution.
Les électrolytes faibles sont connus pour avoir des espèces ioniques et moléculaires en solution – c’est parce que certaines molécules se dissocient, et d’autres non.
En plus de cela, un groupe de molécules avec des isotopes différents est également classé comme étant de la même espèce chimique.
Espèces chimiques et RMN
La spectroscopie RMN (résonance magnétique nucléaire) est une technique chimique utilisée pour déterminer la structure des composés chimiques organiques – c’est également la seule méthode spectroscopique qui donne une analyse complète de l’ensemble du spectre. C’est une technique non destructive et nécessite aussi peu qu’un milligramme de l’analyte pour produire de bonnes données.
La RMN est basée sur la théorie selon laquelle tous les noyaux sont chargés électriquement et possèdent du spin. Cela signifie que si un champ magnétique externe est appliqué aux noyaux, un transfert d’énergie est possible entre le niveau d’énergie de base et un niveau d’énergie plus élevé. Lorsque ce spin revient à son niveau de base, de l’énergie est émise. La fréquence à laquelle cela se produit peut être mesurée puis traitée pour donner un spectre RMN.
La RMN peut être utilisée pour identifier les isomères conformationnels. Ce sont des isomères qui sont produits par rotation des liaisons σ – ils s’interconvertissent également (basculent entre les deux) très rapidement à température ambiante. Un exemple de molécule qui fait cela est le butane, qui peut être montré dans l’image ci-dessous.
Cette théorie devient importante lorsqu’on parle d’espèces chimiques. Du fait que ces isomères peuvent se convertir d’une forme à une autre, un mélange de deux isomères peut se convertir relativement lentement. Comme nous l’avons déjà discuté, les espèces chimiques sont définies comme telles à un certain moment. Cela signifie que si ces deux isomères s’interconvertent suffisamment lentement pour être détectés chacun par des spectres RMN différents, ils seraient définis comme deux espèces chimiques différentes. Cela veut aussi dire qu’un mélange du même isomère peut être considéré comme la même espèce chimique, les deux étant en équilibre.
Espèces chimiques en chimie supramoléculaire
Pour comprendre d’abord comment les espèces chimiques sont définies en chimie supramoléculaire, vous devez connaître les bases de la discipline. Supramoléculaire fait référence au domaine de la chimie qui traite de la façon dont les molécules se lient pour former de plus grands “systèmes” à partir d’un nombre discret de sous-unités. Les forces impliquées dans la chimie supramoléculaire peuvent aller de forces faibles (telles que la liaison hydrogène et les interactions électrostatiques) à des forces plus fortes (telles que les liaisons covalentes). Les études dans ce domaine de la chimie se concentrent principalement sur les liaisons non covalentes plus faibles et réversibles entre certaines molécules, telles que:
- Liaisons hydrogène
- Forces hydrophobes
- forces de van der Walls
- Coordination des métaux
- Interactions Pi-pi
L’étude de ces liaisons est particulièrement importante en sciences biologiques, car elles se sont avérées importantes dans l’auto-assemblage et le pliage moléculaires.
En termes d’espèces chimiques en chimie supramoléculaire, elles sont définies comme des structures supramoléculaires dont les interactions se sont formées par la création ou la rupture de certaines liaisons intermoléculaires.
