Fiche de révision : Géométrie et hybridation moléculaires

📋 Plan du Cours

1. Modèle RPEV et géométrie moléculaire
2. Géométries sans doublets libres
3. Géométries avec doublets libres
4. Moments dipolaires et polarité
5. Hybridation des orbitales atomiques
6. Liaisons multiples et hybridation
7. Orbitales moléculaires délocalisées

📖 1. Modèle RPEV et géométrie moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Géométrie moléculaire : Agencement tridimensionnel des atomes dans une molécule, déterminé par la théorie RPEV.
• Modèle RPEV : Le modèle RPEV prévoit que les doublets électroniques de valence autour d’un atome se placent le plus loin possible les uns des autres afin de minimiser leur répulsion et l’énergie potentielle.

📝 Points essentiels

• 🔄 La prédiction de la géométrie moléculaire suit ces étapes:
  1. Écrire le diagramme de Lewis
  2. Compter les doublets autour de l’atome central en assimilant les liaisons multiples à des liaisons simples
  3. Déterminer l’arrangement des paires d’électrons
  4. Placer les atomes selon la répulsion minimale
  5. Nommer la forme moléculaire selon la position des atomes

💡 Astuce mémo

Répulsion minimale → énergie minimale → géométrie stable

📖 2. Géométries sans doublets libres

★ À maîtriser

• Une molécule AB2 comme BeCl2 est linéaire et présente un angle de 180° entre ses liaisons.

• Une molécule AB3 comme BF3 est trigonale plane, avec trois angles de 120° dans un même plan.

• Une molécule AB4 comme CH4 est tétraédrique, avec des angles de liaison de 109,5°.

Compléments

• Une molécule AB5 comme PCl5 est trigonale bipyramidale, avec des positions axiales et équatoriales et des angles de 90°, 120° et 180°.

• Une molécule AB6 comme SF6 est octaédrique et présente des angles de 90° et de 180° entre les liaisons.

💡 Astuce mémo

Linéaire → trigonale plane → tétraédrique → bipyramide → octaèdre

📖 3. Géométries avec doublets libres

★ À maîtriser

📌 Dans le modèle RPEV, un doublet libre exerce une répulsion plus forte et exige plus d’espace qu’un doublet liant, ce qui réduit les angles entre les liaisons.

• SO2 possède trois doublets autour du soufre, dont deux liants et un libre, avec un arrangement trigonal plan mais une forme coudée et un angle inférieur à 120°, soit 119,5°.

• NH3 possède quatre doublets autour de l’azote, dont trois liants et un libre, avec un arrangement tétraédrique, une forme trigonale pyramidale et un angle HNH de 107,3°.

• H2O possède quatre doublets autour de l’oxygène, dont deux liants et deux libres, avec une forme coudée et un angle HOH de 104,5°.

Compléments

• Dans le méthanol, les liaisons autour du carbone sont disposées selon un tétraèdre avec des angles d’environ 109°, tandis que la partie H–O–C est coudée avec un angle d’environ 105°.

💡 Astuce mémo

Doublet libre plus encombrant que doublet liant : les angles diminuent

📖 4. Moments dipolaires et polarité

🔑 Notions clés & Définitions

• Moment dipolaire : Somme vectorielle des moments de liaison d’une molécule et il est nul lorsque ces moments s’annulent.

★ À maîtriser

📌 Une liaison covalente homonucléaire est non polaire, tandis qu’une liaison covalente hétéronucléaire est polaire lorsque l’atome le plus électronégatif attire davantage le nuage électronique.

• CO2 est linéaire et non polaire parce que ses deux moments de liaison, de même grandeur et de directions opposées, s’annulent.

Compléments

• Le moment dipolaire de NH3 est de 1,46 D, tandis que celui de NF3 est de 0,24 D, ce qui rend NH3 plus polaire que NF3.

• Le cis-dichloroéthylène est polaire, tandis que le trans-dichloroéthylène est non polaire malgré leur même formule moléculaire C2H2Cl2.

💡 Astuce mémo

Liaisons polaires ≠ molécule forcément polaire

📖 5. Hybridation des orbitales atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : Mélange d’au moins deux orbitales atomiques non équivalentes d’un même atome pour former des orbitales hybrides destinées à expliquer les liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• L’hybridation sp3 mélange une orbitale s et trois orbitales p pour produire quatre orbitales hybrides orientées tétraédriquement, comme dans CH4.

• L’hybridation sp2 mélange une orbitale s et deux orbitales p pour produire trois orbitales hybrides disposées selon une géométrie trigonale plane, comme dans BF3.

• L’hybridation sp mélange une orbitale s et une orbitale p pour produire deux orbitales hybrides disposées linéairement, comme dans BeCl2.

Compléments

• L’hybridation sp3d produit cinq orbitales hybrides et l’hybridation sp3d2 en produit six, ce qui permet de décrire respectivement des arrangements trigonaux bipyramidaux et octaédriques.

💡 Astuce mémo

sp, sp², sp³ : 2, 3, 4 orbitales hybrides

📖 6. Liaisons multiples et hybridation

★ À maîtriser

• Dans l’éthylène C2H4, chaque carbone est hybridé sp2 et la double liaison comprend une liaison sigma et une liaison pi.

📌 Une liaison sigma résulte d’un recouvrement axial des orbitales et possède une densité électronique concentrée entre les noyaux, tandis qu’une liaison pi résulte d’un recouvrement latéral d’orbitales p et possède une densité au-dessus et au-dessous du plan des noyaux.

• Dans l’acétylène C2H2, chaque carbone est hybridé sp et la triple liaison comprend une liaison sigma et deux liaisons pi.

Compléments

📌 Lorsque l’on passe d’une liaison simple à une liaison double puis triple, l’énergie de liaison augmente et la longueur de liaison diminue parce que la densité électronique entre les noyaux augmente.

📌 La rotation libre est possible autour d’une liaison simple, tandis que la présence d’une liaison pi empêche la rotation libre autour d’une liaison double ou triple.

💡 Astuce mémo

σ axiale et localisée ; π latérale et délocalisée

📖 7. Orbitales moléculaires délocalisées

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitales délocalisées : Décrivent une liaison pi répartie sur plusieurs liaisons d’une molécule possédant des structures de résonance.

📝 Points essentiels

• Dans l’ozone O3, les deux liaisons oxygène-oxygène ont la même longueur expérimentale de 0,128 nm, contrairement aux longueurs attendues d’une liaison simple de 0,148 nm et d’une liaison double de 0,121 nm.

📌 Dans les molécules présentant des structures de résonance, les liaisons sigma sont décrites par la théorie des électrons localisés, tandis que les liaisons pi sont décrites par la théorie des orbitales moléculaires.

💡 Astuce mémo

Dans l’ozone, les liaisons π se répartissent sur les deux liaisons O–O

📊 Tableaux de synthèse

Correspondance entre doublets et géométrie

Hybridation et liaisons multiples