Fiche de révision : Liaisons chimiques et géométrie moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Éléments et électrons de valence
2. Liaisons covalentes et Lewis
3. Carbone et géométrie du méthane
4. Modèle VSEPR et géométries
5. Polarité et moment dipolaire
6. Forces de Van der Waals

📖 1. Éléments et électrons de valence

★ À maîtriser

• Le numéro atomique Z correspond au nombre de protons de l’atome.

• La fiche demande de connaître les éléments du tableau périodique jusqu’à Z = 36, en associant pour chacun son nom, son symbole et son numéro atomique.

Compléments

• Les éléments de transition sont les atomes pour lesquels commence le remplissage de la sous-couche 3d, de Z = 21 à Z = 30.

📖 2. Liaisons covalentes et Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Mise en commun d’une paire d’électrons entre deux atomes.
• Liaison dative : Ou liaison de coordinence, est une liaison dont le doublet d’électrons provient d’un seul atome.

📝 Points essentiels

• Dans une représentation de Lewis, seuls les électrons de valence sont représentés autour de l’atome.

📌 Les électrons célibataires peuvent s’apparier pour former une liaison covalente, et les couches de valence des deux atomes deviennent alors saturées.

• L’hydrogène possède un électron de valence et respecte la règle du duet, tandis que le chlore possède sept électrons de valence et respecte la règle de l’octet.

💡 Astuce mémo

Point = électron célibataire ; trait = doublet d’électrons

📖 3. Carbone et géométrie du méthane

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydrocarbure : Molécule uniquement formée de carbone et d’hydrogène.

★ À maîtriser

• Lors de la promotion de valence du carbone, un électron de 2s² passe dans l’orbitale 2p, ce qui produit quatre électrons célibataires et permet au carbone de former quatre liaisons.

• Le carbone hybridé sp³ est tétravalent et peut former quatre liaisons covalentes.

• Le méthane CH₄ possède une structure tétraédrique, avec le carbone au centre, les quatre hydrogènes aux sommets et un angle de liaison de 109°.

Compléments

• Les quatre liaisons C–H du méthane sont des liaisons sigma de longueur 108,7 pm, soit environ un angström.

💡 Astuce mémo

Un carbone au centre d’un tétraèdre entouré de quatre hydrogènes

📖 4. Modèle VSEPR et géométries

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans le modèle VSEPR, le nombre de domaines électroniques autour de l’atome central vérifie $N = n + m$, où m est le nombre d’atomes ou d’ions liés et n le nombre de doublets non liants.

• Le modèle VSEPR associe N = 2 à une géométrie linéaire, N = 3 à une géométrie triangulaire, N = 4 à une géométrie tétraédrique, N = 5 à une bipyramide trigonale et N = 6 à un octaèdre ou une bipyramide à base carrée.

• Dans AlCl₃, l’aluminium est l’atome central, m = 3 et n = 0, donc N = 3 et la géométrie est triangulaire avec un angle de 120°.

• Dans H₂O, m = 2 et n = 2, donc N = 4 : la disposition électronique est tétraédrique, mais l’angle H–O–H vaut 105° car deux directions sont occupées par des doublets non liants.

📌 Quand le nombre de doublets non liants sur l’atome central augmente, leur répulsion augmente et l’angle entre les liaisons diminue.

Compléments

• Dans NH₃, m = 3 et n = 1, donc N = 4 : la structure est tétraédrique et l’angle H–N–H vaut 107°.

💡 Astuce mémo

N = 2 linéaire, 3 triangulaire, 4 tétraédrique, 5 bipyramide, 6 octaèdre

📖 5. Polarité et moment dipolaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison polaire : Liaison covalente entre deux atomes d’électronégativités différentes, ce qui entraîne une répartition dissymétrique des électrons.

★ À maîtriser

• Dans une liaison O–H, l’oxygène plus électronégatif attire les électrons, porte une charge partielle δ− et l’hydrogène porte une charge partielle δ+.

📐 Formule — Le module du moment dipolaire vérifie $\mu = d \times q$, où d est la distance entre les charges et q leur charge partielle.

📌 Une molécule diatomique formée de deux atomes de même électronégativité, comme H₂, est apolaire et possède un moment dipolaire nul.

📌 Pour une molécule complexe, le moment dipolaire total est la somme vectorielle des moments dipolaires des liaisons, et la molécule est polaire si ce moment total est non nul.

Compléments

• Le moment dipolaire s’exprime en Debye, noté D, et la distance d est exprimée en angströms.

💡 Astuce mémo

Électronégativité différente → dissymétrie des charges → moment dipolaire

📖 6. Forces de Van der Waals

🔑 Notions clés & Définitions

• Forces de Van der Waals : Interactions intermoléculaires attractives entre des espèces à couche électronique fermée, sans mise en commun d’électrons de valence.

★ À maîtriser

• Les forces de Van der Waals ont une énergie de 0,3 à 2 kJ/mol, contre environ 250 kJ/mol pour une liaison covalente.

📌 Les forces de Van der Waals existent pour les molécules polaires comme pour les molécules apolaires et contribuent à la cohésion des liquides.

Compléments

• Les forces de Van der Waals sont des attractions à courte portée qui s’exercent sur une distance d’environ 3 à 5 nm.

📌 À l’état de vapeur, les forces de Van der Waals sont négligées dans la loi des gaz parfaits, mais elles redeviennent non négligeables à très haute pression lorsque les molécules se rapprochent.

💡 Astuce mémo

Van der Waals : 0,3–2 kJ/mol ; covalente : environ 250 kJ/mol

📊 Tableaux de synthèse

Géométries VSEPR principales