Fiche de révision : Liaisons chimiques et hybridation

📋 Plan du Cours

1. Règles de stabilité électronique
2. Formation des liaisons ioniques
3. Liaisons covalentes et Lewis
4. Orbitales moléculaires
5. Hybridation sp3 du carbone
6. Hybridations sp2 et sp
7. Hybridation de l’oxygène et de l’azote
8. Représentation des molécules

📖 1. Règles de stabilité électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Règle de l’octet : décrit la tendance des éléments à s’entourer de huit électrons externes afin d’acquérir une configuration électronique stabilisante, généralement celle du gaz noble le plus proche

★ À maîtriser

📌 La règle du duet s’applique aux éléments de numéro atomique Z ≤ 4 et correspond au remplissage de la couche externe avec deux électrons.

Compléments

• Les gaz rares, ou gaz nobles, possèdent une couche électronique externe saturée et sont inertes sur le plan chimique.

💡 Astuce mémo

Duet pour les petits atomes, octet pour les autres

📖 2. Formation des liaisons ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison ionique : une liaison formée entre des atomes ayant une grande différence d’électronégativité et reposant sur un transfert d’électron

★ À maîtriser

• Dans une liaison ionique entre un métal et un non-métal, le métal perd un électron pour former un cation et le non-métal gagne un électron pour former un anion.

• Dans le fluorure de lithium, le lithium Li de numéro atomique Z = 3 perd un électron et devient Li+, tandis que le fluor F de Z = 9 gagne un électron et devient F−.

Compléments

• Dans le fluorure de lithium, Li+ adopte la configuration électronique de l’hélium et F− celle du néon.

💡 Astuce mémo

Transfert d’électron → cation et anion

📖 3. Liaisons covalentes et Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : une liaison formée entre des atomes ayant une faible différence d’électronégativité et reposant sur un partage d’électrons
• Molécule : un assemblage électroniquement neutre d’atomes liés entre eux par des liaisons covalentes

★ À maîtriser

• Une structure de Lewis utilise trois conventions:
  • Les points représentent les électrons des couches externes.
  • Les symboles représentent les noyaux et les électrons des couches internes.
  • Un tiret représente un doublet d’électrons de liaison.

Compléments

📌 Les schémas de Lewis fournissent un modèle simple de la réactivité lorsque seule la couche externe intervient, mais ils n’expliquent pas certains aspects stéréochimiques ni certains points de réactivité.

💡 Astuce mémo

Ionique : transfert ; covalente : partage

📖 4. Orbitales moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale atomique : une région de l’espace où la probabilité de présence d’un électron est forte

★ À maîtriser

• Une liaison entre deux atomes correspond au recouvrement de leurs orbitales contenant les électrons mis en commun pour former une orbitale moléculaire.

Compléments

• Les orbitales atomiques s sont sphériques et centrées sur le noyau, tandis que les orbitales p possèdent deux lobes symétriques par rapport au noyau.

• Dans la molécule de dihydrogène, l’énergie de liaison est de 435 kJ.mol−1 et la longueur de liaison est de 0,74 Å.

💡 Astuce mémo

Deux orbitales atomiques qui se recouvrent pour former une orbitale moléculaire

📖 5. Hybridation sp3 du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation sp3 : produit quatre orbitales hybrides identiques orientées selon une géométrie tétraédrique

★ À maîtriser

• Dans le méthane, les quatre liaisons C–H sont identiques et forment entre elles un angle de 109,5°.

Compléments

• Dans le méthane, chaque liaison σ C–H résulte du recouvrement frontal d’une orbitale hybride sp3 du carbone avec une orbitale 1s de l’hydrogène.

• Dans l’éthane, la liaison C–C simple est une liaison σ formée par le recouvrement d’orbitales sp3, avec une énergie de 376 kJ.mol−1, une longueur de 1,54 Å et un angle H–C–C de 109,6°.

💡 Astuce mémo

Un tétraèdre de quatre orbitales sp3 identiques

📖 6. Hybridations sp2 et sp

★ À maîtriser

📌 Une double liaison C=C comprend une liaison σ et une liaison π, tandis qu’une triple liaison C≡C comprend une liaison σ et deux liaisons π.

• L’hybridation sp2 associe une orbitale s à deux orbitales p et laisse une orbitale p pure.

Compléments

• Dans l’éthylène, la double liaison C=C possède une énergie de 611 kJ.mol−1 et une longueur de 1,33 Å, et la liaison σ est plus forte que la liaison π.

• Dans l’acétylène, la triple liaison C≡C possède une énergie de 835 kJ.mol−1 et une longueur de 1,20 Å.

💡 Astuce mémo

Sp3 : simple ; sp2 : double ; sp : triple

📖 7. Hybridation de l’oxygène et de l’azote

★ À maîtriser

• Dans l’eau, l’oxygène est hybridé sp3, forme des liaisons σ O–H par recouvrement frontal avec les orbitales 1s de l’hydrogène et possède deux doublets non liants dans des orbitales hybrides sp3.

• Dans le méthanal, l’oxygène est hybridé sp2, possède deux doublets non liants dans des orbitales hybrides sp2 et participe à une liaison σ et une liaison π avec le carbone.

• Dans l’ammoniac, l’azote est hybridé sp3, forme une liaison σ N–H par recouvrement frontal avec l’orbitale 1s de l’hydrogène et possède un doublet non liant dans une orbitale sp3.

Compléments

• Dans la méthanimine, l’azote est hybridé sp2, possède un doublet non liant dans une orbitale sp2 et participe à une liaison σ et une liaison π avec le carbone.

• Dans l’acide cyanhydrique, l’azote est hybridé sp et la liaison C≡N comprend une liaison σ et deux liaisons π.

📖 8. Représentation des molécules

★ À maîtriser

📌 Dans une formule brute, l’hydrogène est toujours écrit en premier et les hétéroatomes sont classés par ordre alphabétique.

📌 La formule développée représente tous les atomes et toutes les liaisons, tandis que la formule semi-développée regroupe certains atomes tout en indiquant la chaîne carbonée et les fonctions.

• Dans une représentation tridimensionnelle, une liaison dans le plan est dessinée dans le plan, une liaison orientée vers l’avant pointe vers l’observateur et une liaison orientée vers l’arrière pointe derrière le plan.

Compléments

• La représentation topologique représente la chaîne carbonée par des traits simples, doubles ou triples selon le type de liaison.

• Les atomes de carbone de la chaîne principale sont disposés en zigzag dans les structures tridimensionnelles.

💡 Astuce mémo

Formule brute → formule développée → représentation tridimensionnelle

📊 Tableaux de synthèse

Types de liaisons chimiques

Hybridations du carbone