Fiche de révision : Atomes et liaisons

📋 Plan du Cours

1. Construction des formules de Lewis
2. Électronégativité et nature des liaisons
3. Polarité des molécules
4. Géométrie moléculaire selon VSEPR
5. Hybridation des orbitales atomiques
6. Limites du modèle de Gillespie

📖 1. Construction des formules de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Résulte de l’appariement de deux électrons célibataires et se représente par un trait entre les atomes.
• Liaison dative : Résulte de la mise à disposition du doublet d’un atome dans une orbitale atomique vide de l’autre atome et se représente par une flèche orientée selon le sens du don d’électrons.

★ À maîtriser

• 🔄 La détermination d’une structure de Lewis suit trois étapes:
  1. Écrire la configuration électronique fondamentale
  2. Établir les liaisons covalentes
  3. Représenter la formule de Lewis avec les doublets non liants et les lacunes électroniques

📌 L’atome central est généralement l’atome le moins électronégatif et peut être placé dans un état quantique excité si son état fondamental ne permet pas de réaliser toutes les liaisons nécessaires.

📌 Une liaison double partage deux doublets d’électrons, tandis qu’une liaison triple partage trois doublets d’électrons.

Compléments

📌 Plus une liaison est forte, plus elle est courte, et une liaison double ou triple est plus courte qu’une liaison simple entre deux éléments liés.

💡 Astuce mémo

Configuration électronique → liaisons → formule de Lewis

📖 2. Électronégativité et nature des liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronégativité : Grandeur relative qui traduit l’aptitude d’un atome à attirer vers lui le doublet d’électrons partagé avec un autre atome dans une liaison covalente.

★ À maîtriser

• Sur l’échelle de Pauling, le fluor possède une électronégativité de 4 et constitue l’élément le plus électronégatif, tandis que le césium et le francium sont les moins électronégatifs.

📌 L’électronégativité augmente globalement de gauche à droite dans une période et du bas vers le haut dans une colonne, tandis que les gaz rares sont omis car leur électronégativité n’est pas définie.

📌 Une liaison est ionique si $\Delta\chi \ge 2$, polarisée si $0{,}4 < \Delta\chi < 2$ et apolaire si $\Delta\chi < 0{,}4$.

Compléments

📐 Formule — La différence d’électronégativité se calcule par $\Delta\chi = |\chi_A-\chi_B|$.

💡 Astuce mémo

Attracteur électronégatif versus donneur électropositif

📖 3. Polarité des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Moment dipolaire : Un dipôle électrostatique est constitué de deux charges δ− et δ+ séparées par une distance donnée et se caractérise par un moment dipolaire μ orienté de δ+ vers δ−.

★ À maîtriser

📌 Dans une molécule polyatomique, le moment dipolaire total est la somme vectorielle des moments dipolaires de toutes les liaisons polaires.

📌 Une molécule est polaire si la somme vectorielle de ses moments dipolaires est non nulle et apolaire si cette somme est nulle.

Compléments

• Une molécule peut être apolaire même si toutes ses liaisons sont polarisées lorsque sa géométrie entraîne l’annulation vectorielle des dipôles.

💡 Astuce mémo

Somme vectorielle des dipôles nulle → molécule apolaire

📖 4. Géométrie moléculaire selon VSEPR

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle VSEPR : Gillespie — Prévoit la géométrie spatiale d’une molécule en considérant que les doublets électroniques de valence se repoussent et s’éloignent autant que possible.
• Notation AXnEm : Dans la notation, A est l’atome central, X représente les atomes liés à A, n est leur nombre, E représente les doublets libres de A et m est leur nombre.

★ À maîtriser

📌 Dans le modèle VSEPR, les liaisons doubles et triples sont comptées comme une seule liaison et seuls les doublets de l’atome central sont pris en compte.

• Les espèces AX2, AX3 et AX4 présentent respectivement des géométries linéaire, triangulaire et tétraédrique, sans doublet libre sur l’atome central.

• CO2 est de type AX2, linéaire et apolaire, tandis que CH4 est de type AX4, tétraédrique et apolaire.

• Les espèces AX2E, AX3E et AX2E2 présentent respectivement des formes coudée, pyramidale trigonale et coudée.

📌 La géométrie de l’arrangement décrit la disposition globale des doublets autour de l’atome central, tandis que la géométrie de l’édifice décrit la forme réelle des atomes liés.

Compléments

• CH3+ est de type AX3, plan et possède une lacune électronique qui lui confère le caractère d’acide de Lewis.

• Les exemples H2O, NH3 et CO2 sont respectivement de types AX2E2, AX3E et AX2.

💡 Astuce mémo

Les doublets se repoussent et s’éloignent autour de l’atome central

📖 5. Hybridation des orbitales atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : Une réorganisation énergétique et spatiale des orbitales atomiques qui produit des orbitales hybrides adaptées à la description de la géométrie moléculaire.

★ À maîtriser

📌 Les orbitales hybrides sont identiques et de même énergie, leur niveau d’énergie est intermédiaire entre ceux des orbitales initiales, et leur nombre total reste égal au nombre d’orbitales initiales.

• Une orbitale s possède une symétrie sphérique, tandis qu’il existe trois orbitales p orientées selon les axes x, y et z, chacune étant formée de deux lobes.

Compléments

• L’hybridation concerne fréquemment les orbitales s et p des éléments C, N, O, S et P.

• Les orbitales p existent pour n ≥ 2 et sont décrites par trois valeurs de m : −1, 0 et +1.

💡 Astuce mémo

Orbitales s sphériques versus orbitales p bilobées

📖 6. Limites du modèle de Gillespie

★ À maîtriser

📌 Le mode d’hybridation peut être déterminé par le nombre total de paires n + m de l’atome central selon Gillespie, sans compter séparément les liaisons doubles ou triples.

• Le modèle de Gillespie permet de déduire la forme géométrique, d’estimer les angles de liaison et de prévoir la polarité éventuelle d’une molécule.

Compléments

📌 Le modèle de Gillespie suppose que les doublets sont à même distance de l’atome central et devient plus problématique pour prévoir la géométrie globale des molécules complexes.

📊 Tableaux de synthèse

Types VSEPR et géométries