Structure électronique des molécules : L hybridation des orbitales atomiques

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1 Structure électronique des molécules : L hybridation des orbitales atomiques ì I Le modèle des orbitales atomiques hybrides Défini&on d un OA hybride L hybrida&on sp L hybrida&on L hybrida&on L hybrida&on d L hybrida&on d 2 II Doubles et triples liaisons

2 2 Orbitales atomiques Dans un atome isolé, les orbitales atomiques u2lisées pour décrire les états électroniques possèdent des symétries par2culières (s, p, d, f). Ces symétries reflètent la symétrie sphérique de l atome.

3 3 Orbitales atomiques hybrides Dans une molécule, le nuage électronique autour de l atome s adapte à son environnement et diffère de celui de l atome isolé. Les orbitales atomiques se déforment. Le modèle des orbitales hybrides (ou modèle des liaisons de valence), permet de décrire les liaisons covalentes et les paires libres d une molécule à l aide d orbitales atomiques déformées : les orbitales atomiques hybrides. Les orbitales atomiques hybrides sont construites à par>r du mélange des orbitales atomiques de l atome isolé. Mathéma2quement, le mélange de 2 OA s écrit comme une combinaison linéaire : hybride = C 1.OA 1 + C 2.OA 2

4 4 L hybridation sp L hybrida>on sp met en jeu le mélange d une OA s et d une OA p. La combinaison de ces deux OA donne lieu à deux hybrides sp orientées à 180 l une de l autre : sp = c 1 s + c 2 p sp = c 2 s c 1 p interférences destruc&ves interférences construc&ves interférences destruc&ves interférences construc&ves Schéma de l hybride sp : Schéma de l hybride sp : Zone de faible densité électronique Zone de forte densité électronique Zone de forte densité électronique Zone de faible densité électronique

5 5 L hybridation sp L hybrida>on sp intervient dans les molécules de type AX 2 (ou AXE), dont la figure de répulsion est linéaire. Angle de 180 X hybride sp A hybride sp X x Axe moléculaire L état d hybrida2on de l atome A est de type sp

6 6 L hybridation sp Exemple : la molécule Be 2 Be [isolé] : 2s 2 Schéma orbitalaire 2s 2p x 2p y 2p y mélange s + p à 2 hybrides sp sp Be sp sp sp 2p y Be [sp] Liaison Be Liaison Be Les OA 2p y et ne s hybrident pas. Elles gardent la même forme que dans l atome isolé.

7 7 L hybridation L hybrida>on met en jeu le mélange d une OA s et de deux OA p. La combinaison de ces trois OA donne lieu à trois hybrides orientées à 120 l une de l autre : y L hybrida>on intervient dans les molécules de type AX 3 (ou AX 2 E ou AXE 2 ), dont la figure de répulsion est triangulaire. x Plan moléculaire

8 8 L hybridation Exemple : la molécule B 3 Schéma orbitalaire B [isolé] : 2s 2 2p 1 2s 2p x 2p y mélange s + p + p à 3 hybrides B B [ ] Liaisons B L OA (perpendiculaire au plan moléculaire) ne s hybride pas. Elle garde la même forme que dans l atome isolé.

9 9 L hybridation L hybrida>on met en jeu le mélange d une OA s et de trois OA p. La combinaison de ces quatre OA donne lieu à quatre hybrides orientées à 109,5 l une de l autre : Dans le plan L hybrida>on intervient dans les molécules de type AX 4 (ou AX 3 E, AX 2 E 2, etc.), dont la figure de répulsion est tétraédrique. En arrière Dans le plan En avant

10 10 L hybridation Exemple : la molécule C 4 Schéma orbitalaire C [isolé] : 2s 2 2p 2 2s 2p x 2p y mélange s + p + p + p à 4 hybrides C C [ ] Liaisons C

11 11 L hybridation d A par2r de la couche M, les OA de type d peuvent par2ciper à l établissement des liaisons covalentes (hypervalence). L hybrida2on d met en jeu le mélange d une OA s, de trois OA p et d une OA d. La combinaison de ces cinq OA donne lieu à cinq hybrides d. Ce type d hybrida>on intervient dans les molécules de type AX 5 (ou AX 4 E, AX 3 E 2, etc.), dont la figure de répulsion est une bipyramide trigonale.

12 12 L hybridation Exemple : la molécule P 5 P [isolé] : 3s 2 3p 3 3s 3p x 3p y 3p z 3d mélange s + p + p + p + d à 5 hybrides d 3d non hybridées P [ d] Liaisons P

13 13 L hybridation d 2 L hybrida2on d 2 met en jeu le mélange d une OA s, de trois OA p et de deux OA d. La combinaison de ces six OA donne lieu à six hybrides d 2. Ce type d hybrida>on intervient dans les molécules de type AX 6 (ou AX 5 E, AX 4 E 2, etc.), dont la figure de répulsion est une bipyramide à base carrée.

14 14 L hybridation Exemple : la molécule S 6 S [isolé] : 3s 2 3p 4 3s 3p x 3p y 3p z 3d mélange s + p + p + p + d + d à 6 hybrides d 2 3d non hybridées S [ d 2 ] Liaisons S

15 15 Liaisons multiples Exemple : la molécule d éthylène C 2 4 y AX 3 AX 3 C [ ] C C x Plan moléculaire Liaison σ C C C [ ] Liaison π C C

16 16 Liaisons multiples Exemple : la molécule d éthylène C 2 4 y AX 3 AX 3 z Liaison π recouvrement latéral z C C x Plan moléculaire Liaisons σ recouvrement axial

17 17 Liaisons multiples Exemple : la molécule d acéthylène C 2 2 AX 2 AX 2 sp sp C [sp] sp p y C C Axe moléculaire x Liaison σ C C C [sp] Liaisons π C C sp p y

18 18 Liaisons multiples Exemple : la molécule d acéthylène C 2 2 AX 2 AX 2 sp sp C Liaisons π recouvrement latéral C C C Axe moléculaire x sp sp sp sp 2p y 2p y Liaisons σ recouvrement axial