CH7 CM2 Structure des Molécules 1/6 I. Liaison Covalente

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1 7 M Structure des Molécules 1/6 I. Liaison ovalente Rappel de l bjectif : Première Définition : => Décrire la composition des molécules (à partir des formules chimiques) => Une molécule est un assemblage éléctriquement neutre d atomes I Liaison covalente I.1 Pri ncipe Rappel : Les gaz nobles (e, e, Ar, ) présentent une grande inertie chimique car ils sont très stables, grâce à leur couche externe entièrement remplie Ex : e = 1 s 6 e = 1s s p Ar = 1s s p 3s 3p 18 Dernière ouche : e- 8 e- 8 e- Duet ctet ctet Principe : Au cours des réactions chimiques, les atomes tendent à acquérir une structure électronique plus stable celle du gaz noble voisin Solutions : Ionisation ex : Mg + 1 ou Mise en commun d électrons I. Représentation de Lewis ex : Mg ( Mg ) 8, notamment dans un liquide ormation d une molécule = oxyde de magnésium (solide) Pour illustrer la manière dont chaque atome va interagir avec ses voisins, on représente les électrons de sa couche de valence : Un point pour un électron Un trait pour un doublet d électron (deux électrons) Ex : 1 = 1 1 s = 1s s p = e s p 6 e- de valence l = 1s s p 3s 3p = e 3s 3p Mg = 1s s p 3s = e 3s e- de valence 5 e- de valence Electron isolé Doublet non liant Mg Electron isolé l Doublet non liant Electron isolé Pas de Doublet non liant 6 = P 15 =

2 7 M Structure des Molécules /6 I. Liaison ovalente I.3 Liaison de covalence (ou liaison covalente) Déf : Liaison de covalence ce = Mise en commun de deux électrons de valence de atomes différents Ex : Dihydrogène : Eau : Doublet LIAT Doublet LIAT => Liaison de ovalence (ou de liaison) Doublet LIAT Acide hlorhydrique : l l 4 Méthane : Dioxygène : Dioxyde de arbone : Quelques Remarques : => Après la formation de la liaison, les électrons appartiennent à la fois aux atomes => n peut trouver des liaisons simples, doubles (comme le ) ou triples (voir TD) => Les atomes mis en commun peuvent parfois être fourni entièrement par l un des deux atomes (Par exemple, l ammoniac 3 réagissant avec un proton + ) + Les liaisons de covalence ont pour objectif de rendre les configurations des atomes plus stables => Il s agit uniquement de compléter les denières couches de chaque atome => Il y a évidemment certaines règles à respecter pour atteindre cet objectif

3 7 M Structure des Molécules 3/6 I. Liaison ovalente I.4 Règle de l octet Déf : Règle de l octet : Les atomes tendent à se combiner de manière à avoir 8 électrons sur leur dernière couche Exemples : Reprenons les molécules vues précédemment ATTETI Pour le décompte, on considère que les électrons des doublets liants appartiennent AUX DEUX ATMES QUI LES PARTAGET L eau 0 L ammoniac 3 Le dioxygène u le dioxyde de arbone Et le dihydrogène? ypothèse : Mais si l atome possède plus d un électron de valence, il doit pouvoir lier chacun de ces atomes avec ceux d un voisin pour créer une nouvelle liaison de covalence? Prenons l exemple de l xygène : 6 e - de valence => Il pourrait faire 6 liaisons covalentes Potentiellement 1 électrons sur l Mais pas de place pour loger ces 1 électrons => 1s s p 6 la ème couche est pleine! Attention : Mais que dire des atomes à partir de la période 3? Voir la partie II du cours onclusion : La règle de l octet s applique rigoureusement pour les éléments dont la couche de valence ne peut contenir que 8 électrons => Pour les éléments de la 1 ère PERIDE : => Pour les éléments de le ème PERIDE (,,,, ) : => Pour les éléments des périodes SUPERIEURES (voir TD) : Déf : VALEE d un atome = nombre total d électrons disponibles pour faire des liaisons = nombre d électrons sur la couche externe (ex pour l = 6) VALEE d un atome = nb liaison qu il doit établir pour acquérir une structure stable et atteindre la règle de l octet (par ex = ) => La valence dépend l atome lui-même, la règle de l octet limite la covalence des atomes!

4 7 M Structure des Molécules 4/6 I. Liaison ovalente I.5 harge formelle Sur la représentation de Lewis, il faut faire le décompte des charges présentes sur chacun des atomes harge formelle : Excès ou défaut de charge sur un atome dans la molécule par rapport à sa charge intrinsèque (lorsqu il est seul) : harge orm elle = = Q Q m olécule seul harge localisée sur l atome dans la molécule harge de l atome pris seul Attention : n ne compte que les charges DIRETEMET au voisinage de l atome Doublet non liant : les électrons comptent Doublet liant : Seul 1 électron - compte Différent du décompte pour la règle de l octet Ex : Eau n compare les atomes dans la molécule aux atomes pris seuls Ici, pas de charges formelles Monoxyde de arbone Qmol=-5e Qmol=-5e ()=Qmol-Qseul=-1e ()=Qmol-Qseul=+1e Qseul=-4e Présence de charges formelles Qseul=-6e harge différente seul ou dans la molécule Ammoniac 3 Ion Ammonium 4 + Pas de charges formelles n localise la charge de l ion sur le (Azote) Y a-t-il des charges formelles dans les molécules déjà vues 4 Et où se trouvent les charges dans les ions suivants l - -

5 7 M Structure des Molécules 5/6 I. Liaison ovalente I.6 Géométrie des molécules Voici les cas les plus simples et les plus fréquents Respectant la règle de l octet. Les électrons se répartissent par doublets, par (liants ou non liants) En général 4 doublets (avec l octet) as 1 : 4 liaisons simples ou doublets non liants orme tétraédrique Représentation de Lewis Méthane : 4 Ammoniac : 3 Eau : Représentation de ram Avec doublets non représentés Liaison dans le plan En arrière du plan En avant du plan Doublet non liant (en général non représenté), mais qui occupe un sommet du tétraèdre Molécule Plan oudée Vision 3D Tétraèdre Pyramide trigonale Molécule coudée as : 1 liaison double + liaisons simples ou doublets non liants Molécule plane Ethylène : = Molécule plane Pas besoin de représentation dans l espace Molécule plane - Triangle as 3 : 1 liaison triple + 1 simple ou doublet non liant // liaisons doubles Molécule linéaire Dioxyde de arbone : Autres Exemples : omme pour la précédente Représentation 3D inutile Molécule plane - linéaire Ethanol : 3-- exafluorure de Soufre : S6 (ctet non respecté) S S

6 7 M Structure des Molécules 6/6 II. Applications II Applications II.1 Etablissement de la représentation d e Lewis d une molécule Etapes : Exemple : Partir de la formule brute 5, ou (plus d info) 3 Représenter chaque atome avec sa couche de valence (voir chapitre précédent structure de l atome) En déduire la covalence de chaque atome (nombre de liaisons qu ils peuvent faire) ompter le nombre total d électrons (Attention aux ions Ajouter ou soustraire la charge) Associer les atomes en respectant la covalence (c'est-à-dire en respectant la règle de l octet) Vérifier le nombre total d électrons alculer la charge formelle de chaque atome (comparer la charge de l atome seul / dans la molécule) = 4 / = 1 / = 3 / = n = = 4 (voir schémas ci-dessous) 1 doublets 4 électrons Ici, pas de charges formelles (voir TD) Remarque : ormule développée : Autres exemples : Voir TD7 ormule semi développée : Sans les doublets non liants (évidents ) Sans les liaisons (évidentes aussi ) 3 u même (et on retrouve presque la formule brute): 3 II. Limitation de la règle de l octet 1. Atomes YPERVALETS Voir TD exo.1 (Pl5, S3, S6, All3) Sur la 3 ème ligne : ils ne respectent plus la règle de l octet, car il y a de la place dans les orbitales d. Lacune électronique Voir TD Exo. (Be, All3) Près de la 1 ère colonne n représente une case vide = la lacune électronique II.3 Limitation de la représentation de Lewis Mésomérie : Lorsqu il y a plusieurs solutions possibles Voir Exo TD 3 (Etude complète RS PRGRAMME, sachez juste que cela existe, et que le modèle est limité ) Ex 1 : zone 3 Ex : Des atomes et des ions un peu plus complexes S3 ou l ion sulfate S 4

7 Révision du cours ours : (1) Liaison covalente (ou de covalence), représentation de Lewis des atomes et des molécules, règle de l octet, charges formelles, notion de géométrie des molécules. () Méthode pour établir la représentation de Lewis des molécules. (3) Limitation de cette représentation (mésomérie), exception à la règle de l octet (hypervalence / lacune électronique). Méthodes : (1) Etablir la représentation de Lewis des molécules (prévoir les formes les plus stables). () Prévoir ou expliquer la réactivité des molécules ompétences expérimentales : () Aucune Propylène :

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