UE 1 : Chimie Fiche de cours n 14 Liaison Interatomique (intramoléculaire) Notion tombée 1 fois au concours Notion tombée 2 fois au concours Notion tombée 3 fois ou plus au concours NEW Nouveauté au programme cette année 1
I. La liaison covalente : Théorie de Lewis Liaison covalente (doublet liant) Résultat de la mise en commun d électrons de valence non appariés (c est-à-dire célibataires) appartenant à 2 atomes différents : ces électrons forment des doublets liants. Exemple : H 2 : (liaison simple) Seuls les électrons de valence sont impliqués dans la liaison covalente. Doublets non liants = 2 électrons appariés qui ne forment pas de liaison. Exemple : F 2 : Structures de Lewis des atomes «classiques» H, B, C, N, O et S, P et Al Dans la seconde période, un atome est stabilisé s il a 8 électrons périphériques de valence : c est-à-dire un octet. Exemple : Azote : N = 7 => 1s 2 2s 2 2p 5 : 5 électrons de valence Pour respecter la règle de l octet, l azote va partager 3 électrons avec d autres systèmes. Par exemple : -avec trois hydrogènes H pour donner la molécule NH 3 Règle de l octet NEW -avec l azote N pour donner le diazote N 2 2
II. La valence Définition Valence principale = nombre d électrons célibataires à partager = nombre de liaisons engagées par l élément Exemple : l hydrogène, les halogènes et les alcalins ont tous une valence principale de 1 : 1 électron célibataire. Exemples : Valence secondaire Définition Capacité à faire plus de liaisons chimiques que prévues. Condition Présence de cases quantiques vides dans les OA de valence de même nombre quantique principal n. Conséquences Séparation d un doublet non liant en deux électrons célibataires violation de la règle de Hund qui permet d accéder à plus d électrons célibataires avant la formation de la molécule (cela est compensé par l énergie de formation de la molécule). Carbone (Z = 6) 1s 2 2s 2 2p 2 valence principale de 2 Exemple du carbone C Echange d électrons possible entre les sous-couches 2s et 2p valence secondaire de 4 : exemple : CH 4 Exemple du soufre S A partir de la 3 ème ligne du tableau périodique, les échanges d électrons sont aussi possibles entre les sous couches s et d. Soufre (Z = 16) 1s 2 2s 2 2p 2 2p 6 3s 2 3p 4 (3d 0 ) valence principale de 2 Echange d électrons possible avec la sous-couche 3d : valence secondaire de 4 (1 doublet non liant dissocié) et une deuxième valence secondaire (aussi appelée valence tertiaire) de 6 (2 doublets non liants dissociés). Exemples : SH 2, SF 4 et SF 6 Le soufre est dit hypervalent. 3
III. La liaison par coordinence = partage d un doublet non-liant et d une case quantique vide ou orbitale atomique vide. Exemple : protonation de l ammoniac : NH 3 + H + NH 4 + IV. Edifices polyatomiques : Prédiction de la géométrie : modèle VSEPR (Valence shell electron pair repulsion) Principe Les paires d électrons (doublets liants et doublets non liants) se repoussent pour se gêner le moins possible autour d un atome central (c est-à-dire pour minimiser leurs répulsions). AXnEm Méthodo A : atome central (généralement l atome lourd) X : n groupements liés à A E : m doublets non liants de A 1/ Compter les atomes périphériques 2/ Compter les doublets non liants : a. Ecrire la configuration électronique b. Trouver la valence (principale ou secondaire) c. Déduire le nombre de doublets 3/ Déduire la famille VSEPR AXnEm 4/ Déduire la géométrie géométrie donnée par (n + m) 4
n + m Structure VSEPR Famille/ Sous famille Géométrie moléculaire (expérimentale) Angle Exemple 2 Linéaire AX2 Linéaire 180 BeCl 2 3 Triangle équilatéral AX3 Triangle équilatéral (Molécule plane) 120 AlCl 3 AX2E Coudée SO 2 AX4 Tétraédrique CH 4 4 Tétraèdre AX3E Pyramide à base triangulaire 109,47 NH 3 AX2E2 Coudée H 2 O 5 Bipyramide trigonale AX5 AX4E Bipyramide trigonale 120 et Bascule 90 SF 4 PCl 5 Les positions axiales et équatoriales ne sont pas équivalentes. AX3E2 Forme en T ICl 3 AX2E3 Linéaire XeF 2 6 Bipyramide à base carrée AX6 AX5E AX4E2 Bipyramide à base carrée 90 SF 6 5
ANNALES CLASSEES CORRIGEES [Notion non traitée dans ce chapitre et corrigée sur la base du cours de l année précédente] Item modifié pour correspondre au programme du concours de cette année 2017 QCM 3. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) : A. L atome de phosphore ( 15 P) est en état de valence secondaire dans la molécule PF 5. B. La molécule NH 3 n est pas de la famille VSEPR AX3. C. La molécule CH 4 n est pas de la famille VSEPR AX4. D. Les atomes de phosphore, de carbone et de soufre sont en état de valence principale dans les molécules PCl 3, CCl 4 et SF 4. E. Les propositions A, B, C et D sont fausses. 2016 QCM 11. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) : A. La molécule PF 3 est de la famille VSEPR AX3E2. B. La molécule TeCl 4 est de la famille VSEPR AX4E. On donne Z(Te) = 52. C. La valence principale des atomes 17 Cl, 3 Li, 13 Al et 24 Cr vaut 1. D. Dans la molécule XeOF 4 le xénon est en état de valence secondaire. On donne Z(Xe) = 54. E. A, B, C et D sont fausses. 2015 QCM 2. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) : A. L isotope 23 de l atome de sodium ( 11 Na) contient 12 neutrons B. La transition électronique n = 2 n = 4 dans l atome d hélium ( 2 He) nécessite la même énergie que la transition n = 1 n = 2 dans l atome d hydrogène C. La valence secondaire existe pour tous les atomes de la 3 e ligne du tableau périodique D. La molécule XeSH 4 (centrée sur le xénon, 54 Xe) appartient à la famille VSEPR AX5E2 E. A, B, C et D sont fausses 6
QCM 6. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) : A. Dans la molécule SO 3, le soufre est dans un état VSEPR AX3 B. Dans la molécule BF 3, le bore est dans un état VSEPR AX3 C. Dans l ion H 3 O+, l oxygène est dans un état VSEPR AX3E D. dans la molécule OF 2, l oxygène est dans un état VSEPR AX2E2 E. A, B, C et D sont fausses 2014 QCM 2. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) A. Dans la molécule H 3 C-NH-CH 3, l angle C-N-C vaut 120 (on donne 7 N) B. On peut obtenir autant de molécules de type XBr y avec X = 7 N ou 15 P C. La géométrie de l ion SO 2-3 est de type tétraédrique (on donne 16 S, 8 O) D. Dans une molécule de type VSEPR AX5, les positions axiales et équatoriales sont équivalentes E. A, B, C, D sont fausses 2013 QCM 10. Indiquez la ou les proposition(s) exacte(s) A. Les ions ou molécules NH + 4, SiH 4 et TeF 4 sont tétraédriques (on donne : 7 N, 14 Si, 52 Te) B. Dans une liaison par coordinence, une orbitale atomique vide est partagée avec un doublet non-liant C. Dans la molécule SeO 2 l'atome de sélénium ( 34 Se) est dans un état de valence secondaire (on donne : 8 O) D. Dans la molécule XeOF 4, le xénon ( 54 Xe) est dans un état de valence secondaire qui vaut 6 (on donne : 8 O et 9 F) E. A, B, C et D sont fausses 7
2011 QCM 4. Identifiez la famille VSEPR des atomes soulignés dans les molécules ou ions suivants : a) H 2 N-NH 3 +, b) NH 2 Cl, c) HO-BF 3 -, d) PF 3. On donne : Z(B) = 5, Z(N) = 7, Z(P) = 15. A : a) AX4, b) AX2E2, c) AX4E, d) AX3E C : a) AX3, b) AX3E, c) AX4, d) AX3 E : a) AX4, b) AX3E, c) AX4, d) AX3E B : a) AX3, b) AX3, c) AX4, d) AX3 D : a) AX4, b) AX3E2, c) AX4E, d) AX3E QCM 5. Déterminez le nombre de doublets non-liants dans l acétalozamide et le sildénafil. Nota : les schémas ne représentent pas tous les atomes d hydrogène. Les atomes de carbone sont en état de valence secondaire. acétalozamide sildénafil A : acétalozamide : 11, sildénafil : 13 B : acétalozamide : 13, sildénafil : 12 C : acétalozamide : 12, sildénafil : 14 D : acétalozamide : 12, sildénafil : 13 E : acétalozamide : 11, sildénafil : 14 8
2010 QCM 1/ Identifier la famille VSEPR des atomes soulignés dans les molécules ou ions suivants : a) CH 3 -CH 3, b) AlH 3, c) BF - 4, d) NF 3. On donne Z(Al) = 13, Z(B) = 5, Z(F) = 9, Z(N) = 7. A/ a) AX4, b) AX2E2, c) AX4E, d) AX3E B/ a) AX3, b) AX3, c) AX4, d) AX3 C/ a) AX3, b) AX3E, c) AX4, d) AX3 D/ a) AX4, b) AX3E2, c) AX4E, d) AX3E E/ a) AX4, b) AX3, c) AX4, d) AX3E 2009 QCM 12/ Ce schéma représente le squelette (sans atomes d hydrogène ni les doublets non-liants) de la molécule de nitrite d amyle, un composé de la famille des poppers. Les atomes de carbone sont en valence secondaire. Donnez le type VSEPR des atomes 1, 2 et 3. A/ 1 : AX2 B/ 1 : AX4 C/ 1 : AX2E D/ 1 : AX4 E/ 1 : AX3 2 : AX3 2 : AX2E2 2 : AX2E 2 : AX2E2 2 : AX3E 3 : AX4E 3 : AX3E 3 : AX4E 3 : AXE2 3 : AX3E QCM 16 Déterminer le nombre de doublets non-liants dans la structure du sildénafil (VIAGRA) et de la mifépristone (RU 486). Nota : les schémas ne représentent pas tous les atomes d hydrogène. Les atomes de carbone sont en valence secondaire. sildénafil mifépristone A/ sildénafil : 13 doublets, mifépristone : 5 doublets B/ sildénafil : 8 doublets, mifépristone : 8 doublets C/ sildénafil : 14 doublets, mifépristone : 5 doublets D/ sildénafil : 8 doublets, mifépristone : 6 doublets E/ sildénafil : 14 doublets, mifépristone : 4 doublets 9
QCM 17/ Donner toutes les propositions vraies 1- l atome d azote n a pas de valence secondaire 2- [l unité de l activité d un liquide est L.mol -1 ] 3- [l enthalpie libre d une réaction exothermique est positive] 2008 QCM 34 Identifier la famille VSEPR des atomes soulignés dans les molécules ou ions suivants : a) CH 3 -CH 3, b) AlH 3, c) BF - 4, d) NF 3. On donne Z(Al) = 13, Z(B) = 5, Z(F) = 9, Z(N) = 7. A- a) AX4, b) AX2E2, c) AX4E, d) AX3E B- a) AX3, b) AX3, c) AX4, d) AX3 C- a) AX3, b) AX3E, c ) AX4, d) AX3 D- a) AX4, b) AX3E2, c) AX4E, d) AX3E E- a) AX4, b) AX3, c) AX4, d) AX3E QCM 35 Les molécules appartenant à la famille VSEPR «AX6» ont une structure de type bipyramide à base... a) carrée b) plate QCM 51 Parmi les composés suivants, molécules ou ions, quels sont ceux dont l'atome central est en valence secondaire? CCl 4, PCl 3, NH 4 +, SO 2, H 2 S CCl 4 PCl 3 + NH 4 SO 2 H 2 S A. Oui Oui Oui Oui Oui B. Oui Non Oui Oui Non C. Non Non Oui Non Non D. Non Oui Non Oui Non E. Oui Non Oui Non Oui 10
2007 QCM 33 Donner la famille VSEPR des systèmes moléculaires suivants CO 3 2-, SO 3, NO 3 -. A. AX3 ; AX3 ; AX3 B. AX4 ; AX2E ; AX4 C. AX2E ; AX3 ; AX2E D. AX3 ; AX2E ; AX3 E. AX4 ; AX2E2 ; AX4E 2006 QCM 27 La guanine est un constituant des acides nucléiques. Déterminer le nombre de doublets nonliants sur cet édifice moléculaire. A 7 B 2 C 9 D 4 E 12 QCM 29 Donner le type VSEPR (AXnEm) des systèmes suivants (l atome central est en gras) : SO 3, BF 3, H 3 O +, OF 2. On donne les numéros atomiques suivants : S:16, O:8, H:1, F:9, B:5. A. AX3, AX3, AX3E, AX2E3 B. AX2E, AX3, AX4, AX3 C. AX3, AX3E, AX3, AX4E2 D. AX3, AX3E, AX3, AX2E2 E. AX3, AX3, AX3E, AX2E2 11
TABLEAU DE REPONSES 2017 2016 2015 2014 2013 2011 Q3 : AB Q11 : BD Q2 : AB Q2 : E Q10 : BCD Q4 : E Q6 : ABCD Q5 : C 2010 2009 2008 2007 2006 Q1 : E Q12 : D Q34 : E Q33 : A Q27 : A Q16 : C Q35 : a Q29 : E Q17 : [1] Q51 : B 12