Fiche de révision : Liaisons et structure moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Types de liaisons chimiques
2. Liaisons datives et hypervalentes
3. Construction des schémas de Lewis
4. Modèle VSEPR et géométrie
5. Orbitales moléculaires et hybridation
6. Liaisons sigma et pi
7. Conjugaison et aromaticité
8. Écritures et formules chimiques
9. Degré de fonction et oxydation
10. Fonctions chimiques

📖 1. Types de liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison ionique : Correspond à un transfert intégral d’électrons entre deux éléments lorsque la différence d’électronégativité est supérieure à 1,5, généralement entre un métal et un non-métal.
• Liaison covalente : Met en commun deux électrons entre deux atomes lorsque la différence d’électronégativité est inférieure à 1,5.

📝 Points essentiels

📌 Une liaison covalente est apolaire si la différence d’électronégativité est inférieure à 0,4, et polaire si elle est comprise entre 0,4 et 1,5, les électrons étant alors déplacés vers l’atome le plus électronégatif.

💡 Astuce mémo

Ionique = transfert d’électrons ; covalente = partage d’électrons

📖 2. Liaisons datives et hypervalentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison dative : Est une liaison dans laquelle un atome A fournit seul le doublet liant à un atome B possédant une lacune électronique.
• Liaison hypervalente : Apparaît lorsqu’un atome dépasse la règle de saturation à huit électrons de valence en transférant un électron d’un doublet vers une orbitale d vide de la même couche principale.

💡 Astuce mémo

Un donneur remplit une lacune, tandis qu’un doublet se scinde pour dépasser l’octet

📖 3. Construction des schémas de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation VSEPR : Indique autour de l’atome central le nombre X de directions de liaison et le nombre E de doublets non liants.

★ À maîtriser

• 🔄 La construction suit plusieurs étapes:
  1. Choisir et placer l’atome central
  2. Placer les atomes périphériques
  3. Créer les liaisons
  4. Compléter les doublets
  5. Ajuster les électrons selon la charge

Compléments

📌 Dans une molécule acide contenant au moins un oxygène et un hydrogène, la liaison O—H doit être créée en premier lors de la construction du schéma de Lewis.

💡 Astuce mémo

Centraliser → relier → compléter → charger → compter

📖 4. Modèle VSEPR et géométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie VSEPR : Ronald Gillespie, 1924-2021 — Décrit la géométrie moléculaire en minimisant les répulsions entre les paires électroniques de valence autour de l’atome central.

★ À maîtriser

• Les figures de répulsion principales sont:
  • AX2 : linéaire
  • AX3 : triangulaire plane
  • AX4 : tétraédrique
  • AX5 : bipyramidale à base triangulaire
  • AX6 : octaédrique

Compléments

📌 Un doublet non liant est plus volumineux qu’une liaison et exerce donc une répulsion plus importante autour de l’atome central.

💡 Astuce mémo

Répulsions électroniques → arrangement spatial minimisé

📖 5. Orbitales moléculaires et hybridation

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale moléculaire : Résulte de la combinaison linéaire de deux orbitales atomiques en interaction, qui donnent deux orbitales moléculaires occupées par les électrons de la liaison.
• Hybridation : L’hybridation combine une orbitale s avec une à trois orbitales p pour former respectivement des orbitales hybrides sp, sp2 ou sp3 et déterminer les directions électroniques.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour H2, l’orbitale moléculaire liante vérifie $E_{\sigma}=\alpha-\beta$ et l’orbitale antiliante vérifie $E_{\sigma^*}=\alpha+\beta$.

Compléments

• La taille des orbitales hybrides augmente dans l’ordre sp < sp2 < sp3, et la longueur des liaisons C—H augmente selon C[sp]—H < C[sp2]—H < C[sp3]—H.

💡 Astuce mémo

Orbitale liante stabilise ; orbitale antiliante déstabilise

📖 6. Liaisons sigma et pi

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison sigma : Résulte d’un recouvrement axial d’orbitales et constitue la première liaison d’une liaison multiple ainsi que toutes les liaisons simples.
• Liaison pi : Résulte d’un recouvrement latéral d’orbitales p et constitue les liaisons supplémentaires d’une liaison multiple après la première liaison sigma.

📝 Points essentiels

📌 La rotation autour de l’axe d’une liaison sigma ne casse pas cette liaison, tandis que la rotation autour d’une liaison pi casse son recouvrement latéral.

💡 Astuce mémo

Recouvrement axial en σ ; recouvrement latéral en π

📖 7. Conjugaison et aromaticité

🔑 Notions clés & Définitions

• Aromaticité : S’il contient 4n+2 électrons et si tous ses atomes possèdent une orbitale p non hybridée, donc une hybridation sp ou sp2.

★ À maîtriser

• La conjugaison et l’aromaticité nécessitent que les orbitales p non hybridées se recouvrent en phase, ce qui permet la délocalisation électronique et stabilise le système.

Compléments

• Le doublet non liant d’un hétéroatome lié à un système insaturé peut se délocaliser dans une orbitale p, ce qui impose une hybridation sp ou sp2 à cet hétéroatome.

💡 Astuce mémo

Orbitales p alignées → délocalisation → stabilisation

📖 8. Écritures et formules chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule brute : Indique la nature et le nombre des atomes d’une molécule, les éléments autres que le carbone et l’hydrogène étant listés par ordre alphabétique.
• Écriture topologique : Omet les liaisons C—H, sauf celles portées par un aldéhyde, et ne représente pas explicitement les atomes de carbone.

📝 Points essentiels

📌 L’écriture développée représente tous les atomes, toutes les liaisons, les doublets non liants et les lacunes électroniques, tandis que l’écriture semi-développée compacte certains groupements d’atomes.

💡 Astuce mémo

Développée → semi-développée → topologique → formule brute

📖 9. Degré de fonction et oxydation

🔑 Notions clés & Définitions

• Degré de fonction : La somme du nombre de liaisons pi et du nombre de liaisons sigma vers un hétéroatome autre que le carbone ou l’hydrogène.
• Degré d’oxydation : S’applique à tous les atomes et correspond à la différence entre leurs électrons de valence à l’état atomique et les électrons qui leur sont attribués après répartition des électrons de liaison.

★ À maîtriser

📌 Lorsqu’un carbone passe d’un réactif à un produit, une augmentation de son degré de fonction indique une oxydation et une diminution indique une réduction.

📌 Pour déterminer les degrés d’oxydation, on attribue les électrons de chaque liaison à l’atome le plus électronégatif et on partage à parts égales les électrons d’une liaison entre atomes de même électronégativité.

Compléments

📌 La somme des degrés d’oxydation de tous les éléments d’un composé est égale à la charge portée par ce composé.

💡 Astuce mémo

Le degré de fonction vise le carbone ; le degré d’oxydation vise tous les atomes

📖 10. Fonctions chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fonction chimique : Une succession d’atomes de degré de fonction différent de zéro comprenant des hétéroatomes liés et les atomes qui leur sont liés.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des liaisons