Fiche de révision : Liaisons et structures moléculaires

📋 Plan du Cours

1. Types de liaisons chimiques
2. Liaisons spéciales et polarisation
3. Théorie VSEPR et Lewis
4. Géométries moléculaires VSEPR
5. Orbitales moléculaires et énergie
6. Hybridation des orbitales
7. Liaisons sigma et pi
8. Conjugaison et aromaticité
9. Écritures et formules chimiques
10. Degrés de fonction et oxydation
11. Fonctions chimiques

📖 1. Types de liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison chimique : Mise en commun de deux électrons provenant des atomes A et B afin de saturer leur couche externe électronique, avec de nombreuses exceptions.

📝 Points essentiels

📌 Une liaison ionique implique une différence d’électronégativité supérieure à 1,5 et un transfert intégral d’électrons, tandis qu’une liaison covalente implique une différence d’électronégativité inférieure à 1,5 et un partage des électrons.

💡 Astuce mémo

Ionique = transfert ; covalente = partage

📖 2. Liaisons spéciales et polarisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison dative : Liaison dans laquelle un atome A donne son doublet électronique à un atome B possédant une lacune électronique.
• Liaison hypervalente : Dépasse la règle de saturation à huit électrons de valence grâce à l’excitation d’un atome possédant une orbitale d vide dans la même couche principale.

📝 Points essentiels

📌 Une liaison covalente apolaire correspond à une différence d’électronégativité inférieure à 0,4, tandis qu’une différence comprise entre 0,4 et 1,5 produit une liaison covalente polarisée avec des charges partielles.

💡 Astuce mémo

Différence d’électronégativité → polarisation

📖 3. Théorie VSEPR et Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie VSEPR : Ronald Gillespie, 1924-2021 - Décrit la répulsion des paires électroniques de valence autour d’un atome central afin de déterminer la géométrie qui minimise ces répulsions.

★ À maîtriser

• 🔄 La construction d’un schéma de Lewis moléculaire suit ces étapes:
  1. Choisir l’atome central
  2. Placer les atomes périphériques
  3. Créer les liaisons simples puis multiples
  4. Ajouter les électrons des anions ou retirer ceux des cations
  5. Compter les directions électroniques et écrire la notation VSEPR

Compléments

• En notation VSEPR, une direction électronique peut être un doublet non liant, une liaison simple, une liaison double ou une liaison triple.

💡 Astuce mémo

Lewis → répulsions → géométrie

📖 4. Géométries moléculaires VSEPR

📝 Points essentiels

• Les figures de répulsion AX2, AX3, AX4, AX5 et AX6 sont respectivement linéaire, triangulaire plane, tétraédrique, bipyramidale à base triangulaire et octaédrique.

📌 Les doublets non liants sont plus volumineux qu’une liaison et se placent de façon à avoir le moins de proches voisins possible.

📖 5. Orbitales moléculaires et énergie

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale moléculaire : Résulte de la combinaison linéaire de deux orbitales atomiques en interaction et peut être liante ou antiliante.

📝 Points essentiels

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

📌 Lorsque le recouvrement de deux orbitales augmente, β augmente, l’énergie de l’orbitale liante diminue et celle de l’orbitale antiliante augmente.

💡 Astuce mémo

σ liante stabilise ; σ* antiliante déstabilise

📖 6. Hybridation des orbitales

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : Combine une orbitale s et une à trois orbitales p pour former respectivement des orbitales hybrides sp, sp² ou sp³ et déterminer les directions électroniques.

📝 Points essentiels

• La taille des orbitales hybrides suit l’ordre sp < sp² < sp³, et la longueur des liaisons C–H suit l’ordre C[sp]–H < C[sp²]–H < C[sp³]–H.

💡 Astuce mémo

sp → sp² → sp³ : nombre de directions croissant

📖 7. Liaisons sigma et pi

🔑 Notions clés & Définitions

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

📝 Points essentiels

📌 La rotation autour d’une liaison sigma ne casse pas la liaison, tandis que la rotation autour d’une liaison pi casse le recouvrement latéral et donc la liaison pi.

💡 Astuce mémo

σ résiste à la rotation ; π la rotation casse

📖 8. Conjugaison et aromaticité

🔑 Notions clés & Définitions

• Aromaticité : Contient 4n+2 électrons et si tous ses atomes possèdent une orbitale p non hybridée, c’est-à-dire une hybridation sp ou sp².

📝 Points essentiels

📌 Un système conjugué ou aromatique nécessite le recouvrement en phase des orbitales p, et un système conjugué est plus stable qu’un système non conjugué tandis qu’un système aromatique est beaucoup plus stable qu’un système non aromatique.

💡 Astuce mémo

Orbitales p en phase → délocalisation → stabilité

📖 9. Écritures et formules chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule brute : Indique la liste et le nombre des atomes d’une molécule, les éléments autres que le carbone et l’hydrogène étant classés par ordre alphabétique.

📝 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 les groupements d’atomes et l’écriture topologique omet les carbones et les liaisons C–H sauf celles des aldéhydes.

💡 Astuce mémo

Développée → semi-développée → topologique

📖 10. Degrés de fonction et oxydation

🔑 Notions clés & Définitions

• Degré de fonction : S’applique uniquement aux atomes de carbone et vaut le nombre de liaisons pi augmenté du nombre de liaisons sigma vers un hétéroatome autre que C ou H.
• Degré d’oxydation : S’applique à tous les atomes et se note en chiffres romains en précisant le signe positif ou négatif.

📝 Points essentiels

📌 Entre un réactif et son produit, une augmentation du degré de fonction d’un carbone indique une oxydation, tandis qu’une diminution indique une réduction.

📌 Pour déterminer les degrés d’oxydation, on attribue les électrons de chaque liaison à l’atome le plus électronégatif, on les partage à parts égales si les électronégativités sont identiques, et la somme des degrés d’oxydation égale la charge de l’espèce.

💡 Astuce mémo

Degré de fonction : carbone ; degré d’oxydation : tous les atomes

📖 11. Fonctions chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fonction chimique : Succession d’atomes de degrés de fonction différents de zéro, avec des hétéroatomes liés et les atomes qui leur sont liés.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des liaisons