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La liaison chimique Architecture moléculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 1 I] Introduction Les atomes peuvent interagir de plusieurs façons pour former des agrégats. Grâce à des exemples spécifiques, nous illustrerons les différents types de liaisons chimiques. I-/ Liaison chimique (seulement évoquée) Lorsque le chlorure de sodium NaCl est dissous dans l’eau, il conduit l’électricité, ce qui montre qu’il est constitué d’ions Na + et Cl - . Quand le sodium et le chlore réagissent, pour former NaCl, il y a transfert d’électrons entre les atomes de sodium et de chlore, ce qui entraîne la formation d’ions Na + et Cl - , qui s’agrègent pour former NaCl solide. Le système a atteint le plus bas niveau énergétique possible. Le caractère très électronégatif de l’atome de chlore, le caractère très électropositif de l’atome de sodium et la très grande force d’attraction entre des ions très rapprochés et de charges opposées constituent la force agissante de ce processus. On a là un exemple de liaison ionique. Quand la différence d’électronégativité est au moins supérieure à 2, les deux électrons sont entièrement accaparés par l’atome le plus électronégatif : on forme alors une liaison ionique. Il y a transfert d’électrons d’un atome vers un autre atome et on a alors formation d’ions parfaitement individualisés. La liaison ne s’effectue plus par mise en commun de deux électrons, mais est due à une attraction électrostatique entre charges de signes opposés. Les liaisons ioniques sont moins solides que les liaisons covalentes. Il y a formation d’un composé ionique quand un atome très électronégatif réagit avec un atome très électropositif. En d’autres termes, un composé ionique est le résultat de la réaction d’un métal avec un non-métal. Dans la liaison ionique, il y a transfert complet du doublet de liaison vers l’atome le plus électronégatif. Ce type de liaison ne fait pas l’objet de ce cours. Mais comment une force de liaison peut elle exister entre deux atomes atomiques ? I-/ Liaison covalente Prenons l’exemple de la molécule de dihydrogène 2 . Entre deux atomes H, il peut à priori se manifester 2 types d’interactions : Des forces de répulsion électron-électron et noyau-noyau (proton-proton), facteur défavorable à la formation de liaison. Des forces d’attraction entre l’électron de l’un et le noyau de l’autre, facteur favorable à la formation de liaison.

La liaison chimique - ekladata.comekladata.com/6lpQcddCqkwkqFqRacyQ1dL6D5o/Chap-4-La-liaison... · Ce type de liaison, ... Les 2 atomes se partagent les électrons de façon égale

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  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 1

    I] Introduction

    Les atomes peuvent interagir de plusieurs faons pour former des agrgats. Grce des

    exemples spcifiques, nous illustrerons les diffrents types de liaisons chimiques.

    I-/ Liaison chimique (seulement voque)

    Lorsque le chlorure de sodium NaCl est dissous dans leau, il conduit llectricit, ce qui

    montre quil est constitu dions Na+ et Cl-.

    Quand le sodium et le chlore ragissent, pour former NaCl, il y a transfert dlectrons entre

    les atomes de sodium et de chlore, ce qui entrane la formation dions Na+ et Cl-, qui sagrgent pour

    former NaCl solide.

    Le systme a atteint le plus bas niveau nergtique possible.

    Le caractre trs lectrongatif de latome de chlore, le caractre trs lectropositif de

    latome de sodium et la trs grande force dattraction entre des ions trs rapprochs et de charges

    opposes constituent la force agissante de ce processus.

    On a l un exemple de liaison ionique.

    Quand la diffrence dlectrongativit est au moins suprieure 2, les deux lectrons sont

    entirement accapars par latome le plus lectrongatif : on forme alors une liaison ionique.

    Il y a transfert dlectrons dun atome vers un autre atome et on a alors formation dions

    parfaitement individualiss. La liaison ne seffectue plus par mise en commun de deux lectrons,

    mais est due une attraction lectrostatique entre charges de signes opposs.

    Les liaisons ioniques sont moins solides que les liaisons covalentes.

    Il y a formation dun compos ionique quand un atome trs lectrongatif ragit avec un

    atome trs lectropositif. En dautres termes, un compos ionique est le rsultat de la raction dun

    mtal avec un non-mtal.

    Dans la liaison ionique, il y a transfert complet du

    doublet de liaison vers latome le plus lectrongatif.

    Ce type de liaison ne fait pas lobjet de ce cours.

    Mais comment une force de liaison peut elle exister entre deux atomes atomiques ?

    I-/ Liaison covalente

    Prenons lexemple de la molcule de dihydrogne 2.

    Entre deux atomes H, il peut priori se manifester 2 types dinteractions :

    Des forces de rpulsion lectron-lectron et noyau-noyau (proton-proton), facteur

    dfavorable la formation de liaison.

    Des forces dattraction entre llectron de lun et le noyau de lautre, facteur

    favorable la formation de liaison.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 2

    Il y aura formation de liaison entre les deux atomes dhydrogne si lnergie totale du

    systme 2 diminue par rapport celle des atomes H isols.

    Si deux atomes dhydrogne se rapprochent, ils vont dabord sattirer, puis se repousser.

    Cest ce que lon voit lorsque lon reprsente la variation de lnergie potentielle de deux

    atomes dhydrogne en fonction de la distance qui les spare ;

    Au fur et

    mesure que les deux

    atomes se rapprochent

    lun de lautre,

    lnergie diminue,

    jusqu ce que la

    distance soit de

    0,74.

    Ensuite, elle

    augmente en raison de

    la rpulsion que les

    deux noyaux exercent

    lun sur lautre.

    On voit que, pour une distance dtermine gale 0,74, lnergie potentielle est

    minimale, ce qui correspond un tat stable selon le principe de la thermodynamique.

    ltat le plus stable, pour deux atomes dhydrogne, correspond la formation dune

    molcule , avec une distance interatomique ou internuclaire d = , .

    Cette distance est la longueur de la liaison chimique H-H, rsultant dune interpntration

    des orbitales atomiques des deux atomes dhydrogne, qui avaient initialement, ltat datomes

    isols, un rayon atomique 0= 0,53.

    Ce type de liaison, o la distribution lectronique le long de la liaison est parfaitement

    symtrique, est appel liaison covalente.

    La liaison covalente parfaite est tablie par mise en commun de deux lectrons, chacun

    appartenant un atome. Les 2 atomes se partagent les lectrons de faon gale. Ils sont identiques

    ou de mme lectrongativit.

    La moiti de la distance interatomique correspond au rayon covalent de latome

    dhydrogne, c'est--dire au rayon de latome dhydrogne lorsquil est engag dans une liaison

    covalente.

    Lnergie correspondante mise en jeu 458 . 1 est lnergie libre quand la

    molcule se forme. On parle de EP, nergie de liaison +458 . 1 : cest lnergie quil faut

    fournir pour casser la liaison dans la molcule gazeuse 2 et obtenir deux lectrons H isols gazeux.

    I-/ Liaison covalente polaire

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 3

    Entre ces deux types de liaisons, qui sont des cas extrmes, on trouve des cas

    intermdiaires : les atomes ny sont pas diffrents au point quil y ait transfert complet dlectrons

    dun atome vers lautre, mais suffisamment diffrents pour quil y ait partage ingal dlectrons.

    On a alors une liaison covalente polaire, aussi appele liaison covalente partielle ou liaison

    ionique partielle.

    La liaison covalente polarise prsente une dissymtrie de distribution lectronique le long

    de la liaison : le nuage lectronique est dport vers latome le plus lectrongatif.

    La dissymtrie est dautant plus grande que la diffrence dlectrongativit est plus leve.

    La polarisation de la liaison entrane lcriture de charges partielles + ou , lorigine dun

    moment lectrique dit dipolaire - permanent.

    Exemples : HF, H2O

    On ne forme ce type de liaison que si la diffrence dlectrongativit entre les deux atomes

    est faible (

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 4

    II] Caractre ionique partiel (CIP) dune liaison polarise

    Dans une molcule de type AB o les atomes A et B ont des lectrongativits diffrentes, la

    liaison est une liaison covalente polarise.

    Lattraction lectrostatique exprimentale entre les atomes A et B partiellement chargs est

    suprieure celle prvue thoriquement.

    Plus la diffrence dlectrongativit est grande entre A et B, plus le caractre ionique de la

    liaison est important. Plus elle est faible, plus le caractre covalent de la liaison est important.

    Une molcule AB qui prsente un foyer de charge positive et un foyer de charge ngative est

    dite dipolaire et a un moment dipolaire - moment lectrique entre deux ples -. Places dans un

    champ lectrique, ces molcules adoptent une position particulire.

    Ce caractre dipolaire est reprsent par une flche dirige vers le foyer ngatif. (en

    physique, convention inverse).

    Exemple : HCl

    On comprend donc que toute liaison de covalence polarise possdera un certain caractre

    ionique partiel (CIP) suivant la valeur de comprise entre 0 100% ou 0 100% .

    Le caractre partiel ionique est donn par la relation :

    =

    =

    ()

    ()=

    O est le moment dipolaire thorique que prsenterait la liaison si elle tait

    100% ionique.

    est le moment dipolaire exprimental et est gal

    d est la longueur de la liaison

    est la charge partielle de chaque atome

    e est la charge lmentaire

    est exprim en C.m (Coulomb par mtre) dans la systme SI ou D (Debye).

    1D = 1029

    3 . = 3,34. 1030.

    Les molcules polyatomiques peuvent galement prsenter un moment dipolaire.

    Leau, H2O, lammoniac NH3, soumises un champ lectrique, se comportent comme si elles

    avaient un foyer de charge positive et un de charge ngative.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 5

    Certaines molcules ont des liaisons polaires sans prsenter toutefois de moment dipolaire.

    Ceci se produit quand les polarits des liaisons individuelles sont places de faon sannuler.

    Places dans un champ lectrique, ces molcules nadoptent aucune position particulire.

    Exemples : SO3 et CH4

    Les lectrongativits de S / O / C / H sont respectivement 2,5 / 3,5 / 2,5 et 2,1. Les liaisons

    SO et CH sont donc polaires. Mais les moments dipolaires sont disposs de faon symtrique et de

    mme norme ; ils sannulent.

    III] Thorie des lectrons localiss

    Nous venons dtudier les caractristiques gnrales de la thorie de la liaison chimique,

    appliques des liaisons individuelles.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 6

    Nous allons tudier une thorie spcifique pour dcrire la liaison covalente. Cette thorie

    sapplique aux molcules complexes et permet aux chimistes dexpliquer et dorganiser la grande

    varit des phnomnes chimiques.

    Cest la thorie des lectrons localiss, selon laquelle les molcules sont composes

    datomes retenus ensemble par partage de doublets dlectrons des orbitales atomiques des atomes

    lis.

    Les paires dlectrons de la molcule sont situs :

    Soit dans lenvironnement dun atome donn. On parle alors de doublets libres.

    Soit entre les deux atomes. On parle alors de doublets liants.

    Cette thorie sapplique en trois tapes :

    Description de lagencement des lectrons de valence dans la molcule laide des

    diagrammes de Lewis.

    Prvision des caractristiques gomtriques de la molcule grce la thorie de

    rpulsion des paires dlectrons de valence.

    Description des orbitales atomiques utilises par les atomes pour partager des

    lectrons ou former des doublets libres.

    IV] Thorie de Lewis et rgle de loctet

    IV-/ La liaison selon Lewis.

    Lewis (physicien amricain, 1875-1946) supposa que la cration dune liaison tait

    due la mise en commun de deux lectrons clibataires (c'est--dire non apparis) pour

    former un doublet lectronique.

    La reprsentation de Lewis est relative chacun des atomes dun compos donn

    et ne prend en compte que les lectrons de la couche externe, dits de valence .

    Des atomes, lectriquement neutres, avec des sous-couches lectroniques externes

    incompltes, sattirent fortement.

    La liaison entre atomes se fait par mise en commun dun doublet dlectrons, chaque

    atome fournissant un lectron (liaison covalente). Chaque lectron est symbolis par un

    point, chaque liaison par un tiret.

    On distingue les doublets partags (liants) assurant les liaisons et les doublets non

    partags (non-liants) pour chaque atome du compos.

    Lorsque les atomes mettent en commun plus dun doublet dlectrons, ils forment

    des liaisons multiples.

    Lobservation de milliers de molcules a permis de constater que lorsque des

    lments forment des composs stables, ils gagnent, perdent ou partagent des lectrons,

    de telle sorte que la configuration lectronique de leur couche externe soit semblable

    celle du gaz rare le plus proche dans le tableau priodique.

    Exemples :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 7

    H Z = 1 1s1

    Dans la molcule H2, chaque atome dhydrogne parat avoir deux lectrons.

    He Z = 2 1s He :

    LHlium He ne forme pas de liaison puisque sa couche externe est sature.

    F Z = 9 1s2s2p5

    Chaque atome de fluor parat entour de 8 lectrons, mais chaque atome de fluor

    partage 2 lectrons avec lautre. Ces deux lectrons forment un doublet liant, les autres

    forment des doublets non liants.

    Ne Z = 10 1s2s2p6

    Ne a 8 lectrons priphriques ; il ne forme pas de liaison.

    IV-/ Rgle de loctet

    Lorsque des lments forment des composs, ils gagnent, perdent ou partagent des

    lectrons, de telle sorte que leur configuration lectronique externe soit semblable celle du

    gaz rare le plus proche dans le tableau priodique.

    Les atomes tendent acqurir une structure stable avec huit lectrons sur leur

    couche externe, sauf pour lhydrogne qui tend avoir deux lectrons, ressemblant alors au

    gaz rare qui le suit sur la 1re priode : lhlium (rgle du doublet).

    Cette rgle est en fait limite, en toute rigueur, aux lments de la 2me priode, de C

    F.

    Ds la 3me priode, les lments peuvent mettre en jeu les orbitales ou 1

    lors de la cration de liaisons.

    Les gaz rares sont dj dans un tat stable, c'est--dire avec une couche superficielle

    sature 8 lectrons. Ils ne forment donc pas de molcules, selon cette thorie. A ltat

    de corps simple, ce sont des gaz monoatomiques.

    Rgles dcriture du diagramme de Lewis :

    Faire la somme des lectrons de valence de tous les atomes.

    Utiliser un doublet dlectrons pour crer une liaison entre chaque paire

    datomes lis

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 8

    Rpartir les lectrons restant de faon ce que lhydrogne respecte la

    rgle du doublet et les atomes de la 2me priode, la rgle de loctet, en crant, si

    ncessaire, des liaisons multiples entre atomes.

    Exemples :

    H2O : O parat entour de 8 lectrons et H de 2 lectrons

    CO2 : On forme une liaison entre O et chaque atome C :

    On rpartit ensuite les lectrons rsiduels de faon respecter la rgle de loctet pour

    chaque atome, en procdant par ttonnement.

    Chaque atome doxygne parat entour de 8 lectrons, mais le carbone nest entour que

    de 4 lectrons. On suppose alors quil y a deux doublets liants entre C et chaque atome doxygne.

    Quand on crit le diagramme de Lewis, il importe peu de savoir de quels atomes proviennent

    les lectrons. La molcule est une nouvelle entit qui utilise tous les lectrons de valence pour

    atteindre le plus bas niveau nergtique possible. Les lectrons de valence appartiennent donc

    plutt la molcule quaux atomes.

    Autres exemples :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 9

    IV-/ Exceptions la rgle de loctet pour des lments de la deuxime priode.

    Les lments de la deuxime priode ne mettent jamais en jeu plus de 8 lectrons selon

    cette thorie. Leur couche = 1 est sature 2 lectrons et la couche = 2 ne peut acceter plus de

    8 lectrons.

    Les lments de la deuxime priode N, C, O et F sont considrs comme des lments qui

    respectent toujours la rgle de loctet.

    Les lments de la deuxime priode B et Be mettent souvent en jeu moins de 8 lectrons

    dans les composs o ils interviennent.

    Exemples :

    Le modle a) respecte la rgle de loctet mais le b) semble le mieux reprsenter la ralit,

    mme si des tudes rcentes ont montr que la double liaison pouvait jouer un rle important dans

    BF3. En effet, le modle b) permet dexpliquer le fait que BF3 ragit avec des espces riches en

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 10

    lectrons, laissant penser quil existe une case quantique externe vide. Une telle molcule est avide

    dlectrons. Elle constitue un acide de Lewis.

    IV-/ Exceptions la rgle de loctet pour des lments partir de la 3me priode

    A partir de la 3me priode, les lments mme sils sont souvent rgis par la rgle de loctet,

    peuvent accepter plus de 8 lectrons sur leur couche externe : les lectrons occupent les orbitales

    externes encore inoccupes.

    Quand on dcrit le diagramme de Lewis dune molcule, on applique dabord la rgle de

    loctet chacun des atomes. Sil reste des lectrons, on les rpartit entre les lments qui possdent

    des orbitales externes non occupes.

    Exemples :

    SF6 S : Z=16 F : Z=9 valences respectives de S et F : 6 et 7

    Une des dfinitions de la valence est quelle correspond au nombre dlectrons sur la couche

    externe.

    F respecte la rgle de loctet et S parat entour de 12 lectrons. Il y a dpassement de la

    rgle de loctet pour S, lment de la 3me priode, ce qui est possible en raison de la prsence

    dorbitales 3 vides pour le soufre.

    PCl5 P : Z=15 Cl : Z=17 valences respectives de P et Cl : 5 et 7

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 11

    IV-/ Remarques

    Si lon considre une des dfinitions de la valence comme tant le nombre dlectrons

    clibataires sur la couche externe, on constate que lexistence de certaines molcules ne peut tre

    comprise que si lun des atomes est dans un tat excit : un lectron de la couche externe est

    dsappari et envoy dans une case vide du mme sous niveau nergtique ou dun sous niveau

    dnergie suprieur, sur cette mme couche externe.

    La rgle de loctet est respecte

    La valence 4 correspond en principe ltat excit de latome, donc un tat moins stable.

    Mais la valence 4 reprsente ici nest quune tape virtuelle : elle sert expliquer la formation de la

    molcule CH4.

    On considre que la possibilit de former un nombre de liaisons suprieur celui prvisible

    partir de la valence compense lnergie virtuelle ncessaire lobtention dune valence suprieure.

    Si lon a plus de 4 liaisons former il fut avoir plus de 4 lectrons clibataires.

    On en dsapparie pour les envoyer dans des sous niveaux externes . Ceci nest donc

    possible qu partir des lments de la 3me priode du tableau priodique, puisque les orbitales

    nexistent que si 3.

    La rgle de loctet nest pas respecte : P parat tre entour de 10 lectrons (schma vu

    avant).

    Pour les atomes ayant moins de 4 lectrons de valence, il est difficile de respecter la rgle de

    loctet :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 12

    3 doublets liants atout de Al et une case vide, qui constitue une lacune lectronique ; il parat

    ntre entour que de 6 lectrons. La rgle de loctet nest pas respecte.

    Une telle molcule est avide dlectrons. Elle constitue un acide de Lewis.

    On a le mme cas que BF3 ; B et Al, atomes centraux de la molcule, appartiennent au

    groupe IIIA et F et Cl appartiennent au groupe VIIA.

    Il existe une autre manire davoir une lacune lectronique : cest de la crer, de faon

    expliquer lexistence dun compos.

    Exemple : SO2

    O Z=8 1s2s2p4

    S Z=16 1s2s2p63s3p4

    Le soufre S est priori divalent, comme loxygne. Une famille de Lewis qui respecterait ce

    caractre divalent ne pourrait satisfaire au caractre lui aussi divalent des atomes doxygne :

    Nous sommes donc conduits faire apparatre des charges formelles, ce qui nous donne la

    reprsentation ci-dessous :

    Mais la rgle de loctet ny est pas respecte pour S.

    De plus, lusage historique est de minimiser le nombre de charges formelles dans une

    molcule, si cela est possible. Nous pouvons crire au moins deux autre formules de Lewis.

    2me formule : on cre une case quantique vide sur lun des atomes doxygne puis on

    attribue un caractre divalent lautre atome doxygne et un caractre trivalent latome de

    soufre :

    Cration dun oxygne excit, O*, avec une lacune :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 13

    Cest ce que lon appelle deux formes msomres limites : on passe dune forme limite une

    autre par dplacement du doublet lectronique.

    Dans cette 2me formule, le soufre satisfait la rgle de loctet, mais la symtrie de la

    molcule SO2 nest pas respecte.

    3me formule : on attribue un caractre divalent aux deux atomes doxygne et ttravalent

    latome de soufre :

    Cette troisime reprsentation est symtrique, ne prsente pas de charges partielles, mais le

    soufre dpasse la rgle de loctet. Il parat entour de 10 lectrons.

    A partir de la 3me priode, mme sils sont souvent rgis par la rgle de loctet, les lments

    peuvent accepter plus de 8 lectrons sur leur couche externe : les lectrons occupent les orbitales

    externes encore inoccupes.

    Cette troisime reprsentation est la plus contributive, bien que la rgle de loctet y soit

    dpasse, car elle ne prsente pas de charge formelle.

    V] Rsonance ou msomrie

    Cette notion concerne certaines molcules comportant au moins une double liaison

    covalente. Nous verrons par la suite que les 2 liaisons dune double liaison nont pas les mmes

    caractristiques : lune est appele liaison lautre liaison .

    La ractivit de certains composs est telle quune formule de Lewis, o les lectrons sont

    localiss entre deux atomes, ne peut suffire dcrire la rpartition des lectrons.

    Parfois on peut trouver plus dun diagramme de Lewis applicable une molcule donne ;

    des lectrons sont dlocaliss ; ils peuvent se dplacer dans lensemble de la molcule.

    On a recours des formules limites de rsonance ou msomres, o les distributions

    lectroniques diffrent par la rpartition des doublets de liaison entre atomes.

    Il y a dlocalisation des deux lectrons de la liaison sur plus de 2 atomes, au sein de

    certaines molcules dite insatures.

    De faon gnrale, plus un compos prsente de formules msomres, plus il est stable.

    Exemple :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 14

    Pour lion nitrate 3, lexprience montre que les liaisons NO ont des longueurs

    intermdiaires entre celle dune simple liaison et dune double liaison = .

    La force de liaison NO est galement intermdiaire entre celle dune simple et dune double

    liaison NO.

    On propose donc une volution de la thorie de Lewis o la double liaison = nest pas

    localise. Trois reprsentations sont possibles :

    Lion nitrate existe sous forme qui est la moyenne de ces trois reprsentations. On dit

    quil y a rsonance.

    Les formes limites sont connectes par des flches double pointe.

    On appelle rsonance, ou msomrie, le phnomne qui dlocalise les deux lectrons sur

    plus de 2 atomes, au sein de certaines molcules dites insatures. On obtient plusieurs formes

    limites, dont aucune na de ralit physique ; la molcule relle est une moyenne dite hybride de

    rsonance entre les formes limites. Lcriture des formes msomres ne peut senvisager que dans

    une structure gomtriquement plane.

    On peut procder de la mme manire pour dcrire dautres molcules planes dont la

    description laide de la thorie des lectrons localiss exige le recours aux structures de rsonance.

    V-/ Composs organiques

    Ce sont les composs du carbone dans lesquels cet lment chimique peut tre li

    lhydrogne, loxygne, lazote, plus rarement le soufre, le phosphore et le chlore. Il peut former des

    liaisons simples, doubles ou triples :

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 15

    Pour les composs du carbone, on observe un phnomne de rsonance lectronique au sein

    des molcules qui comportent au moins 2 doubles liaisons spares par une simple (elles sont dite

    conjugues).

    Exemples :

    Benzne C6H6

    En ralit, la molcule de benzne a 6 liaisons carbone/carbone identiques de longueur 1,4,

    alors que les liaisons = et ont respectivement des longueurs de 1,34 et 1,54.

    Les 6 lectrons, qui forment les 3 liaisons , sont en fait dlocaliss sur le cycle carbon, cest

    pourquoi on reprsente la molcule de benzne ainsi :

    Les orbitales molculaires , (schma b), rsultent du recouvrement des six orbitales

    atomiques de type p schmatises en a :

    Butadine-1,3 : C4H6 2 = = 2

    La molcule de butadine a elle aussi 3 liaisons identiques de longueur intermdiaire entre la

    longueur dune liaison et celle dune liaison = .

    Donc, les 4 lectrons sont rpartis uniformment le long de la chane carbone.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 16

    V-/ Composs inorganiques

    1er exemple : lion carbonate32

    Exprimentalement, on constate que les 3 liaisons de lion carbonate sont de

    longueurs identiques, gale 1,31, distance intermdiaire entre (1,47) et = (1,22).

    Soit sous la forme dun hybride de rsonance :

    Il y a rsonance entre les formes limites, o les 2 lectrons de la double liaison sont

    dlocaliss entre les 4 atomes.

    2me exemple : un ion carboxylate : lactate 32

    V-/ Critres de choix des formes msomres les plus stables

    De nombreuses molcules peuvent tre dcrites par des formes de rsonance qui ne sont

    pas quivalentes.

    Lcriture des formes msomres limites se fait aprs criture de la formule de Lewis de

    latome ou de lion. On ne dplace que des doublets lectroniques (exceptionnellement un lectron

    clibataire).

    Les atomes occupent les mmes places dans la formule dveloppe.

    Lcriture des formes msomres ne peut senvisager que dans une structure

    gomtriquement plane.

    Pour savoir si une formule msomre aura, priori, une contribution notable, on raisonne

    sur la stabilit quaurait cette entit hypothtique.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 17

    Les critres de choix des structures majoritaires, aussi appeles structures de rsonance les

    plus contributives, sont les suivants :

    A : Les structures prsentant un nombre maximum doctets sont les plus contributives

    B : Le poids statistique dune formule msomre est dautant plus grande quelle est neutre.

    Mais cette rgle nest pas prioritaire par rapport la rgle du nombre maximum doctets.

    Nanmoins, si on envisage la formation de charges formelles, plus les charges sont loignes

    les unes des autres et moins elles sont nombreuses, plus le poids statistique dune forme msomre

    augmente (tout en restant faible par rapport aux formes sans cration de charges.

    Exemple : acide formique

    C : une charge multiple positive ou ngative sur un atome conduit une forme msomre

    peu probable.

    D : les charges des atomes doivent tre en accord avec leur lectrongativit. Mais cette

    rgle nest pas prioritaire par rapport la rgle du nombre maximum doctets.

    Exemple : lion nolate 2

    Les deux structures de rsonance diffrent par lemplacement de la double liaison et de la

    charge.

    La 1re structure est la plus stable car llectrongativit de O(3,5) est suprieure celle de

    C(2,5).

    Mais cette rgle nest pas prioritaire par rapport la rgle du nombre maximal doctets. En

    effet, pour le cation nitrosyle + :

    Llectrongativit de O(3,5) est suprieure celle de N(3) ; on pourrait donc penser que la

    forme de droite majoritaire ; mais N et O respectent tous deux la rgle de loctet dans la forme de

    gauche. Donc la forme de gauche est majoritaire.

  • La liaison chimique

    Architecture molculaire Semestre 1 Chapitre 4 Page 18

    E : La valence maximum dun lment ne doit pas tre dpasse

    (en particulier, il ne peut y avoir plus de 4 doublets dlectrons autour dun lment de la

    2me priode qui ne possde pas de case d). Autrement dit, la valence maximale correspond au

    nombre de cases quantiques sur la couche externe, y compris les cases vides.

    F :Le spin global du compos doit tre conserv : si lentit est diamagntique (aucun

    lectron clibataire), aucune forme msomre ne doit faire apparatre dlectrons clibataires.