Que sont les isomères structuraux?
Les isomères structuraux sont des composés de la même formule chimique qui possèdent des structures et des propriétés différentes en fonction de l'ordre dans lequel leurs atomes constitutifs sont ordonnés. Par exemple, il existe deux isomères structuraux répondant à la même formule chimique C 4 H 10 , à savoir le butane normal CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 et le méthylpropane (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 . Il est intéressant de noter que le butane normal bout à -0,5 degrés Celsius, alors que le méthylpropane bout à +28 degrés Celsius. À mesure que le nombre d'atomes augmente, le nombre d'isomères augmente. Il existe trois isomères de structure de formule chimique C 5 H 12 , cinq de formule C 6 H 14 et neuf de formule C 7 H 16 .
Les isomères structuraux du carbone ne se limitent pas au carbone et à l'hydrogène, bien qu'il s'agisse des exemples les plus connus d'isomérie structurale. Dans l’armoire à pharmacie du ménage, on peut trouver du C 3 H 8 O ou de l’alcool isopropylique, parfois appelé «alcool à brûler». Sa formule structurelle est CH 3 CH (OH) CH 3 . En outre, il existe de l'alcool n-propylique, CH 3 CH 2 CH 2 (OH) et même de l'éther méthyléthylique, CH 3 OCH 2 CH 3 , bien qu'aucun de ces deux composés ne soit susceptible d'être trouvé à la maison. Il existe également des isomères structuraux de composés carbonés contenant d'autres atomes.
Ce qui rend possible une telle abondance de formes isomères, c'est la capacité des atomes de quelques éléments, notamment le carbone, à se lier les uns aux autres. Cela est dû à la nature des liens entre les atomes. Les atomes de carbone adjacents sont reliés par des liaisons covalentes, liaisons dans lesquelles les atomes participants partagent les électrons de manière égale, plutôt que de les transférer d'un atome à l'autre. Pour illustrer, dans le sel de table ordinaire, NaCl, l'atome de sodium participant donne son atome d'électron disponible à l'atome de chlore, et les deux atomes sont attirés électrostatiquement. Rien de tel n'existe entre les atomes de carbone joints dans l'éthane, C 2 H 6 .
Le silicium et le bore possèdent la même capacité à se lier l'un à l'autre sans transfert d'électrons. Les isomères structuraux du silicium et du bore sont bien illustrés dans les silanes - composés du silicium et de l’hydrogène - et les boranes - composés du bore et de l’hydrogène. Les composés de carbone et d'hydrogène commencent par la molécule méthane, CH 4 . De manière analogue à cela, les composés de silicium et d'hydrogène commencent par du silane, SiH 4 . Il est intéressant de noter que les composés du bore et de l’hydrogène commencent différemment avec le borane, BH 3 - un composé connu uniquement à l’état gazeux qui se dimérise rapidement pour former B 2 H 6 .
La capacité à former des isomères structurels augmente considérablement le nombre de composés possibles avec une gamme presque infinie de propriétés. Dans le cas du carbone, les isomères structurels rendent possibles les composés de la vie. Pour le silicium et le bore, la grande variété de composés offre aux mondes scientifique et industriel une pléthore de réactifs. Une application des dérivés de silane concerne les revêtements qui permettent de fixer des matériaux biologiquement inoffensifs aux structures d'implant en titane. Quant aux boranes, ils peuvent être utilisés dans les synthèses organiques spécialisées, dans les piles à combustible exotiques et même dans les combustibles pour fusées.