TD N 6 STRUCTURE ELECTRONIQUE DES MOLECULES

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Yolande Champagne
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1 TD N 6 TRUCTURE ELECTRONIQUE DE MOLECULE EXERCICE 1 : COMPOE DU CARBONE Dioxye e carbone : CO Représentation e Lewis L écriture e la représentation e Lewis une espèce chimique (molécule ou ion) peut se écomposer selon le moe opératoire suivant : 1) Dénombrer l ensemble N e es électrons e valence e l espèce consiérée : il s agit e la somme es N v électrons e valence e chaque atome, moulée, ans le cas un ion, e la charge électrique q z.e (z < 0 pour un anion, z > 0 pour un cation) : N e ( N v ) z Le nombre e oublets N à répartir est : N N e / si N e est pair, N (N e 1)/ si N e est impair. ) Disposer les symboles chimiques es atomes afin que les atomes terminaux entourent les atomes centraux. ) Utiliser abor les oublets pour former es liaisons simples entre les atomes centraux et chacun e leurs voisins. 4) Compléter l octet e chaque atome externe en lui rajoutant le nombre e oublets nécessaires. Reporter tous les oublets restants (et l électron célibataire quan N e est impair) sur les atomes centraux et examiner si ceux-ci respectent la règle e l octet. Envisager une ou plusieurs liaisons multiples s il manque es électrons pour satisfaire la règle e l octet es atomes centraux. 5) Attribuer à chaque atome sa charge formelle Nombre électrons e valence : 1 - carbone : [ C ] 1s s p 4 électrons e valence oxygène : [ O ] 1s s p 6 électrons e valence Nombre e oublets : N 8 Répartition es oublets La formulation VEPR un composé s exprime par une expression u type : AX n E p - A : atome central e la molécule étuiée - n : nombre atomes X auxquels est lié l atome central - p : nombre entités non liantes E (oublets libres ou électrons célibataires) liées à A - 1 -

cas un ion, e la charge électrique q z.e (z < 0 pour un anion, z > 0 pour un cation) : N e ( N v ) z Le nombre e oublets N à répartir est : N N e / si N e est pair, N (N e 1)/ si N e est impair.

2 - atome central A : C - atomes périphériques X : n - oublets non liants E : p 0 Arrangement es oublets : AX E0 VEPR n + p / p AX E 0 Linéaire Ex : CO AX E 0 Trigonale plane Ex : B AX E 1 Couée Ex : O 4 AX 4 E 0 Tétraérique Ex : C 4 AX E 1 Pyramie trigonale Ex : N AX E Couée Ex : O 5 AX 5 E 0 Bipyramie trigonale Ex : PCl 5 AX 4 E 1 Bascule Ex : TeCl 4 AX E En «T» Ex : BrF AX E Linéaire Ex : XeF 6 AX 6 E 0 Ocatère Ex : F 6 AX 5 E 1 Pyramie à base carrée Ex : BrF 5 AX 4 E Plan carré Ex : XeF 4 AX E En «T» AX E 4 Linéaire AX E 0 molécule linéaire - -

Couée Ex : O 5 AX 5 E 0 Bipyramie trigonale Ex : PCl 5 AX 4 E 1 Bascule Ex : TeCl 4 AX E En «T» Ex : BrF AX E Linéaire Ex : XeF 6 AX 6 E 0

3 Ethylène : C C Représentation e Lewis Nombre e oublets : N 6 Répartition es oublets et géométrie VEPR Pour chaque atome e carbone : AX E 0 triangulaire plan Ethyne : CC Représentation e Lewis Nombre e oublets : N 5 Répartition es oublets et géométrie VEPR Pour chaque atome e carbone : AX E 0 linéaire Méthanal : CO Représentation e Lewis Nombre e oublets : N 6 Répartition es oublets et géométrie VEPR Atome e carbone central : AX E 0 triangulaire plan Dichlorométhane : C Cl Représentation e Lewis Nombre e oublets : N 10 Répartition es oublets et géométrie VEPR Atome e carbone central : AX E 4 0 tétraérique - -

Méthanal : CO Représentation e Lewis 4 + 6 + 1 1 Nombre e oublets : N 6 Répartition es oublets et géométrie VEPR Atome e carbone central : AX E 0 triangulaire

4 EXERCICE : EXTENION DE LA REGLE DE L OCTET A chéma e Lewis es atomes Elément tructure électronique Couche e valence chéma e Lewis Fluor [ p 9F ] [ e]s 5 s p x p y p z Phosphore oufre [ p 15P ] [ 10Ne]s [ p 16 ] [ 10Ne]s 4 p y p y Chlore [ p 17Cl ] [ 10Ne]s 5 p y B Molécule F 4 Réarrangement e la couche externe : L atome e soufre central établit 4 liaisons covalentes avec un atome e fluor. D après la formule e Lewis u soufre, celui-ci possèe électrons célibataires onc ne peut effectuer que liaisons covalentes. Il y a onc un réarrangement e la couche externe, appelé hybriation es orbitales atomiques. Les orbitales hybries sont obtenues par combinaison un nombre égal orbitales atomiques proches en énergie. Il faut former 4 orbitales hybries, obtenues par combinaison e 4 orbitales atomiques proches en énergie : OA p + 1 OA 4 orbitales hybries p p y ybriation s p - 4 -

D après la formule e Lewis u soufre, celui-ci possèe électrons célibataires onc ne peut effectuer que liaisons covalentes.

5 chéma e Lewis : Nombre e oublets : N 17 L atome e soufre est onc hypervalent (10 électrons externe). VEPR : Atome e soufre central : AX 4E1 tétraère éformé n + p 5 : bipyramie à base triangulaire Afin e minimiser les énergies e répulsion, les oublets non liants une molécule e géométrie bipyramiale triangulaire occupent e préférence les irections équatoriales. En effet, un oublet libre axial (cas a) repousse fortement trois oublets électroniques, alors qu un oublet libre équatorial (cas b) n en repousse fortement que eux (on néglige les répulsions à 10 ans le plan équatorial). C Molécule PCl 5 Réarrangement e la couche externe : L atome e phosphore central établit 5 liaisons covalentes avec un atome e chlore. D après la formule e Lewis u phosphore, celui-ci possèe électrons célibataires onc ne peut effectuer que liaisons covalentes. Il y a onc hybriation es orbitales atomiques

triangulaire occupent e préférence les irections équatoriales.

6 Il faut former 5 orbitales hybries, obtenues par combinaison e 5 orbitales atomiques proches en énergie : 1 OA s + OA p + 1 OA 5 orbitales hybries sp p y P ybriation sp P chéma e Lewis : Nombre e oublets : N 0 L atome e phosphore est onc hypervalent (10 électrons externe). VEPR : Atome e phosphore central : AX E 5 0 bipyramie à base triangulaire D Molécule F 6 Réarrangement e la couche externe : L atome e soufre central établit 6 liaisons covalentes avec un atome e fluor. D après la formule e Lewis u soufre, celui-ci possèe électrons célibataires onc ne peut effectuer que liaisons covalentes. Il y a onc hybriation es orbitales atomiques. Il faut former 6 orbitales hybries, obtenues par combinaison e 6 orbitales atomiques proches en énergie : 1 OA s + OA p + OA 6 orbitales hybries sp p y ybriation sp - 6 -

VEPR : Atome e phosphore central : AX E 5 0 bipyramie à base triangulaire D Molécule F 6 Réarrangement e la couche externe : L atome e soufre central établit 6 liaisons covalentes avec un atome e

7 chéma e Lewis : Nombre e oublets : N 4 L atome e soufre est onc hypervalent (1 électrons externe). VEPR : Atome e soufre central : AX E 6 0 octaére - 7 -

8 EXERCICE : EPECE CIMIQUE DU CARBONE Espèce Nombre e oublets chéma e Lewis Arrangement VEPR VEPR 4 8 C 4 4 N E 4 0 AX Tétraère - C + C N 4 C N C C 6 N C AX E 1 Pyramie à base triangulaire AX E 0 AX E 1 Triangle plan Molécule couée EXERCICE 4 : COMPOE DE L AZOTE Espèce Nombre e oublets chéma e Lewis VEPR e l azote VEPR Ammoniac N N AX E 1 Pyramie à base triangulaire yrazine N-N N E 1 AX Pyramie à base triangulaire - 8 -

Molécule couée EXERCICE 4 : COMPOE DE L AZOTE Espèce Nombre e oublets chéma e Lewis VEPR e l azote VEPR Ammoniac N

9 EXERCICE 5 : COMPOE OXYGENE DU OUFRE Espèce Dioxye e soufre O Nombre e oublets N 18 9 chéma e Lewis VEPR u soufre AX E 1 Couée VEPR Trioxye e soufre O N 4 1 AX E 0 Trigonale Acie sulfurique O N 16 AX E 4 0 Tétraère Ion sulfate O N 16 AX E 4 0 Tétraère N Ion thiosulfate - O 16 4 E 0 AX Tétraère - 9 -

0 Trigonale Acie sulfurique O 4 1+ 6 + 6 4 N 16 AX E 4 0 Tétraère Ion sulfate O 4-6 +

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