Hygiène et Sécurité HS 2

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1 Hygiène et Sécurité HS 2 Leçon N 4 : Les molécules et leurs Liaisons Introduction : Dans l univers, les atomes restent rarement isolés : ils sont le plus souvent associés les uns aux autres pour former des édifices plus ou moins complexes. Cette leçon porte sur l étude de ces associations. Il présente tout particulièrement les liaisons covalentes qui interviennent lors de la formation de molécules. Objectifs : - Connaître les définitions concernant les molécules, - Connaître les caractéristiques de la liaison covalente, - Savoir écrire les représentations de LEWIS de quelques molécules simples, - être capable de prévoir la structure d une molécule avec la règle de l octet ou du duet, - être capable de représenter une liaison covalente. Pré requis : - structure de l atome et de son cortège électronique, - principe fondateur de la classification périodique, - règle de l octet. Document N 1 : Rappels 1) Stabilisation d'un atome : Lorsque les atomes subissent des transformations en créant un ion monoatomique ou des liaisons avec d'autres atomes, ils le font pour saturer leur couche externe. Ceux dont la couche externe est déjà saturée, ne donneront donc pas d'ion monoatomique et ne créent pas de liaison avec d'autres atomes. Ils sont "chimiquement stables". Ils ont une grande inertie chimique. 2) Règle de l'octet : Au cours de leurs transformations chimiques, les atomes caractérisés par Z > 4 évoluent de manière à saturer leur couche externe (L) ou (M) etc... Ils acquièrent un "octet" d'électrons (8 e - ) Il y a des exceptions à la règle de l'octet qui ne sont pas étudiées en cours de seconde. 3) Charge des ions monoatomiques : L'application de ces règles permet de prévoir la charge et la formule de la plupart des ions monoatomiques. Exemples : Atome de chlore Z = 17 ; formule électronique est: (K) 2 (L) 8 (M) 7. Il possède 7 électrons sur sa couche externe (M). Pour saturer sa couche externe, il gagne un électron (charge négative) et devient l'ion chlorure Cl Atome de sodium Na Z = 11 ; formule électronique est: (K) 2 (L) 8 (M) 1 Pour saturer sa couche externe, il perd un électron et devient l'ion sodium Na + 1- Nomenclature des Molécules Définition : Une molécule est une entité chimique électriquement neutre d un nombre limité d atomes. Le nombre d atome d une molécule porte le nom d atomicité. Document N 2 : Remarque L atomicité varie dans de très larges proportions : des quelques unités pour les molécules les plus courantes, à plusieurs milliers pour les macromolécules (matières plastiques ou molécules biologique comme les protéines). Une molécule peut être très complexe, le saccharose ou sucre par exemple (voir ci-contre) contient 45 atomes. Et ce n'est pas la pire! Pour connaître la composition des différents atomes dans molécule et leur nombre, on utilise une formule : la molécule et la liaison covalente Cours 1-5

2 Nomenclature : Dans la formule d une molécule, les symboles des éléments chimiques présents dans la molécule sont écrits côte à côte avec, en indice, en bas à droite, le nombre d atome de chaque élément. L indice 1 n est jamais spécifié. Document N 3 : Formule de la molécule d eau La formule de la molécule d'eau s'écrit : 2- Liaison covalente et Valence des Atomes 2.1- Liaison covalente. Propriété : - La liaison covalente consiste en la mise en commun par deux atomes d une ou plusieurs paires d électrons, appelés doublets de liaison. - La liaison covalente est simple double ou triple selon que les atomes ont un, deux ou trois doublets de liaison en commun. - Le nombre de doublets qu un atome partage avec ces voisins est sa covalence. - En formant des liaisons de covalence, chaque atome acquiert, en général, une structure électronique en octet, semblable à celle du gaz noble qui le suit dans la classification périodique. Une liaison covalente entre deux atomes correspond à la mise en commun d'un électron par atome de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet liant. Le doublet liant, mis en commun entre les deux atomes, est considéré comme appartenant à chacun des atomes liés. Ainsi en créant une liaison (ou plus, il "acquière" un électron de plus (ou plus) et sature sa couche externe. Les doublets assurant des liaisons sont dits liants, ceux qui n assurent pas de liaison sont dits non-liants ou libres Valence et covalence d un atome. Propriété : La valence d un atome représente la capacité de celui-ci à former une liaison covalente. Pour un atome la valence est le nombre d électron qu il est capable de prendre ou de donner pour avoir une structure électronique plus stable (règle de l octet). Document N 4 : Valence d un atome. Dans les quelques exemples que nous allons évoquer maintenant nous étudierons seulement les molécules simples : les molécules diatomiques, c'est-à-dire des molécules formées seulement d une seul et même atome lié à lui-même. Molécule de dihydrogène H 2. Sur Terre, le corps simple correspondant à l élément hydrogène est une molécule diatomique. L atome d hydrogène (Z = 1) 1) Donner la structure électronique de l atome d hydrogène. 2) Donner la structure de LEWIS de l atome d hydrogène. 4) Etablir la structure de Lewis de la molécule de dihydrogène H 2. 5) Quelle est la valence de l atome d Hydrogène? L atome d hydrogène (Z = 1) ne possède qu un seul électron, il en faut donc un autre pour pouvoir obtenir la structure électronique stable de l hélium. Les atomes d hydrogène forment des molécules de dihydrogène afin d acquérir une structure électronique plus stable : grâce à la mise en commun d un doublet, ou paire, d électrons, appelé doublet de liaison, chaque atome de la molécule de dihydrogène possède ainsi le même nombre d électrons que le gaz noble hélium. Ce type d association est appelé liaison covalente. H - H : la molécule et la liaison covalente Cours 2-5

3 3- Exemples de Liaison covalente 2.1- Liaison covalente Simple. Document N 5 : Liaison covalente simples. Molécule de dichlore Cl 2. Dans les conditions normales de températures et de pression le corps simple correspondant à l élément chlore est un gaz vert jaune suffoquant et irritant, très dangereux à inhaler, le dichlore Cl 2. L atome de chlore (Z = 17). 1) Donner la structure électronique de cet élément. 2) Donner la structure de LEWIS de cet élément. 4) Etablir la structure de Lewis de la molécule de dichlore Cl 2. 5) Quelle est la valence de l atome Chlore? L atome de chlore (Z = 17) possède sept électrons sur sa couche externe, un gain de un électron lui donne donc une configuration stable en octet. Dans la molécule de dichlore, les deux atomes de chlore sont unis par une liaison covalente simple, obtenue par la mise en commun d un seul doublet d électrons. Chacun d eux possède alors, comme l argon (gaz noble que les suit dans la classification périodique des éléments), un octet électronique. Les autres atomes d halogène le fluor, le brome et l iode donnent comme le chlore des molécules diatomiques F 2, Br 2, I 2 dans lesquelles les deux atomes sont unis par une liaison covalente simple. Molécule de Chlorure d hydrogène HCl. Dans les conditions normales de températures et de le chlorure d hydrogène est un gaz incolore à l odeur piquante. Les covalences de l hydrogène et du chlore étant toutes deux égales à 1, la formule du Chlorure d Hydrogène est simplement HCl. L atome de Chlore (Z = 17). L atome d Hydrogène (Z = 1). a) En utilisant les résultats précédents donner les structures de Lewis du Chlore et de L hydrogène. b) Quelle est la valence de chacun de ces éléments? c) Proposer la structure de Lewis de la molécule de HCl. Dans la molécule de chlore d hydrogène, les deux atomes unis par une liaison covalente simple, obtenue par la mise en commun d un seul doublet d électrons. Chacun d eux possède alors, comme l argon (gaz noble que les suit dans la classification périodique des éléments), un octet électronique. Molécule de Chlorure d hydrogène NaCl. Dans les conditions normales de températures et de le chlorure d hydrogène est un gaz incolore à l odeur piquante. Les covalences de l hydrogène et du chlore étant toutes deux égales à 1, la formule du Chlorure d Hydrogène est simplement HCl. L atome de Chlore (Z = 17). L atome du Sodium (Z = 11). 1) Donner la structure électronique du sodium. 2) Donner la structure de LEWIS du sodium. 4) En utilisant les résultats précédents donner les structures de Lewis du Chlore et du Sodium. 5) Quelle est la valence de chacun de ces éléments? 6) Proposer la structure de Lewis de la molécule de NaCl. Tous les atomes que nous venons d étudier ont une valence de 1, ils forment donc une seule liaison covalente : la molécule et la liaison covalente Cours 3-5

4 2.2- Liaison covalente Double. Document N 6 : Liaison covalente double. Molécule de dioxygène O 2. Dans les conditions normales de températures et de pression le corps simple correspondant à l élément oxygène est un gaz incolore et inodore, le dioxygène O 2. L atome d oxygène (Z = 8) a. Donner la structure électronique de l atome d Oxygène. b. Donner la structure de LEWIS de l atome d Oxygène. c. Combien de liaison est-il susceptible de former? Quelle est alors sa valence? d. Etablir la structure de Lewis possible de la molécule de dioxygène O 2. L atome d oxygène (Z = 8) possède six électrons sur sa couche externe, un gain de deux électrons lui donne donc une configuration stable en octet. Dans la molécule de dioxygène, les deux atomes d oxygène sont unis par une liaison covalente double, obtenue par la mise en commun de deux doublets d électrons. Chaque atome d oxygène possède alors une structure électronique en octet semblable à celle du gaz noble Néon Liaison covalente Triple. Document N 7 : Liaison covalente triple. Molécule de diazote N 2. Dans les conditions normales de températures et de pression le diazote constituant principal de l air est un gaz incolore et inodore. L atome d azote (Z = 7) 1) Donner la structure électronique de l atome l Azote. 2) Donner la structure de LEWIS de l atome l Azote. Quelle est alors sa valence? 4) Etablir la structure de Lewis possible de la molécule de dioxygène N 2. L atome d azote (Z = 7) possède cinq électrons sur sa couche externe, un gain de trois électrons lui donne donc une configuration stable en octet. Dans la molécule de diazote, les deux atomes d azote sont unis par une liaison covalente triple, obtenue par la mise en commun de trois doublets d électrons. Chacun d eux possède alors un octet électronique. Le diazote est presque inerte chimiquement en raison de la très grande solidité de la triple liaison Molécules plus complexes. Document N 8 : Molécules plus complexes. Molécule de d eau H 2O Etude de cette fameuse molécule d eau : 1) Quel sont les atomes constituant la molécule d eau et quel est leur nombre au sein de cette molécule. 2) Rappeler la structure de Lewis de l atome d Hydrogène. 3) Rappeler la structure de Lewis de l atome d Oxygène. 4) Proposer la structure de Lewis de la molécule d eau. L atome d oxygène a besoin de deux électrons pour compléter sa couche électronique externe : dans la molécule d eau, chacun d eux est fourni par l atome d hydrogène. L atome d oxygène établit donc une liaison covalente simple avec chacun des deux atomes hydrogène. Dans la molécule d eau, une liaison covalente simple unit l atome d oxygène à chacun des atomes d hydrogène. L atome d oxygène possède alors la structure du Néon, tandis que chaque atome d hydrogène a la même configuration que l hélium : la molécule et la liaison covalente Cours 4-5

5 Molécule d ammoniac NH 3 Dans les conditions habituelles de température et de pression, l ammoniac est un gaz incolore, d odeur suffocante. a) Quel sont les atomes constituant la molécule d eau et quel est leur nombre au sein de cette molécule. b) Rappeler la structure de Lewis de l atome d Azote. c) Rappeler la structure de Lewis de l atome d Hydrogène. d) Proposer la structure de Lewis de la molécule d Ammoniac. L atome d azote forme une liaison simple avec chacun des atomes d hydrogène et complète ainsi son octet. La molécule d ammoniac, une liaison covalente simple unit l atome d azote à chacun des atomes d hydrogène. L atome d azote possède alors la structure électronique en octet du Néon, tandis que chaque atome d hydrogène a la même configuration que l hélium. Molécule d ammoniac CH 4 Dans les conditions habituelles de température et de pression, le méthane CH 4 est in gaz incolore mais odorant utilisé notamment pour différentes combustions. L atome de Carbone (Z = 6) 1) Quel sont les atomes constituant la molécule d eau et quel est leur nombre au sein de cette molécule. 2) Donner la structure électronique de l atome de Carbone. 3) Donner la structure de LEWIS de l atome de Carbone. 4) Combien de liaison est-il susceptible de former? Quelle est alors sa valence? 5) Rappeler la structure de Lewis de l atome d Hydrogène. 6) Proposer la structure de Lewis de la molécule du méthane : la molécule et la liaison covalente Cours 5-5