Fiche de révision : Liaisons et structures moléculaires

📋 Plan du Cours

1. Types de liaisons chimiques
2. Liaisons dative et hypervalente
3. Théorie VSEPR et géométrie
4. Construction des schémas de Lewis
5. Orbitales moléculaires et liaisons
6. Hybridation et géométrie moléculaire
7. Conjugaison et aromaticité
8. Modes d’écriture des molécules
9. Degrés de fonction et oxydation
10. 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 électronique externe, avec de nombreuses exceptions.

📝 Points essentiels

• Une liaison ionique apparaît généralement entre un métal et un non-métal lorsque la différence d’électronégativité est supérieure à 1,5 ; l’atome le moins électronégatif devient cation et l’atome le plus électronégatif devient anion après transfert intégral d’électrons.

• Une liaison covalente apparaît lorsque la différence d’électronégativité est inférieure à 1,5 et correspond au partage de deux électrons entre les deux atomes.

• 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 polarisée avec des charges partielles.

💡 Astuce mémo

Ionique = transfert ; covalente = partage

📖 2. Liaisons dative et hypervalente

🔑 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 : Liaison impliquant qu’un atome dépasse la règle des huit électrons de valence en excitant un électron d’un doublet vers une orbitale d vide de la même couche principale.

💡 Astuce mémo

Doublet donné ou orbitales excitées → valence étendue

📖 3. Théorie VSEPR et géométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie VSEPR : Ronald Gillespie, 1924-2021 — Description de la disposition des paires électroniques autour d’un atome central par minimisation de leurs répulsions.

★ À maîtriser

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

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

Compléments

📌 La géométrie moléculaire est obtenue en ne retenant pas les doublets non liants dans la forme de répulsion VSEPR.

💡 Astuce mémo

Lewis → répulsions → géométrie

📖 4. Construction des schémas de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation VSEPR : Indication de x directions de liaison et de e doublets non liants autour d’un atome central.

★ À maîtriser

• 🔄 La construction d’un schéma de Lewis suit les étapes:
  1. Choisir et schématiser l’atome central
  2. Placer les atomes périphériques
  3. Créer les liaisons
  4. Compléter les électrons et ajuster les charges
  5. Compter les directions électroniques

Compléments

📌 Dans une molécule acide contenant au moins un oxygène et un hydrogène, la liaison O–H doit être créée en premier.

• Une même formule brute peut correspondre à plusieurs structures de Lewis différentes en raison de l’isomérie.

💡 Astuce mémo

Central → périphériques → liaisons → électrons

📖 5. Orbitales moléculaires et liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale moléculaire : Résulte de la combinaison linéaire de deux orbitales atomiques en interaction.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour H2, l’orbitale moléculaire liante vérifie $\Psi_{\sigma}=c_1\Psi_{1s}+c_2\Psi_{1s}$ et son énergie est $E_{\sigma}=\alpha-\beta$.

📌 Une liaison σ provient d’un recouvrement axial et peut subir une rotation sans rupture de la liaison.

📌 Une liaison π provient d’un recouvrement latéral d’orbitales p et une rotation autour de son axe casse cette liaison.

Compléments

📐 Formule — Pour H2, l’orbitale moléculaire antiliante vérifie $\Psi_{\sigma^*}=c_1\Psi_{1s}-c_2\Psi_{1s}$ et son énergie est $E_{\sigma^*}=\alpha+\beta$.

💡 Astuce mémo

σ axial et rotatif ; π latéral et fragile

📖 6. Hybridation et géométrie moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : Combinaison d’une orbitale s avec une à trois orbitales p pour former respectivement des orbitales hybrides sp, sp2 ou sp3.

★ À maîtriser

• Les hybridations sp, sp2 et sp3 produisent respectivement des orbitales hybrides alignées, coplanaires à 120 degrés et orientées selon un tétraèdre.

Compléments

• La taille des orbitales hybrides augmente dans l’ordre sp < sp2 < sp3, et les liaisons C–H correspondantes suivent le même ordre de longueur croissante.

💡 Astuce mémo

sp, sp², sp³ : le nombre d’orbitales hybrides suit les directions

📖 7. Conjugaison et aromaticité

🔑 Notions clés & Définitions

• Aromaticité : Un cycle est aromatique s’il possède 4n+2 électrons dans le cycle et si tous ses atomes possèdent une orbitale p non hybridée.
• Système conjugué : Système dans lequel des orbitales p non hybridées se recouvrent en phase et permettent une délocalisation électronique.

📝 Points essentiels

• Un système conjugué est plus stable qu’un système non conjugué, et un système aromatique est beaucoup plus stable qu’un système non aromatique.

💡 Astuce mémo

Orbitales p alignées → délocalisation → stabilité accrue

📖 8. Modes d’écriture des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule brute : Indication de la nature et du nombre des atomes d’une molécule, les autres éléments étant listés par ordre alphabétique après le carbone et l’hydrogène.

★ À maîtriser

📌 L’écriture semi-développée compacte les groupements d’atomes, tandis que l’écriture topologique omet les carbones et les liaisons C–H sauf celles des aldéhydes.

Compléments

📌 L’écriture développée représente tous les atomes, toutes les liaisons, tous les doublets non liants et toutes les lacunes électroniques.

💡 Astuce mémo

Développée → semi-développée → topologique

📖 9. Degrés de fonction et oxydation

🔑 Notions clés & Définitions

• Degré de fonction : Nombre de liaisons π auquel s’ajoute le nombre de liaisons σ vers un hétéroatome autre que C ou H, pour un atome de carbone.
• Degré d’oxydation : Valeur qui s’applique à tous les atomes et se note en chiffres romains avec le signe positif ou négatif.

📝 Points essentiels

• Lorsqu’un carbone passe du réactif au produit, une augmentation de son degré de fonction traduit une oxydation, tandis qu’une diminution traduit une réduction.

• Pour déterminer les degrés d’oxydation, on isole d’abord les espèces ioniques, on établit les structures de Lewis, on attribue les électrons de liaison à l’atome le plus électronégatif et on partage également les électrons entre atomes de même électronégativité.

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

💡 Astuce mémo

df concerne le carbone ; D.O. concerne tous les atomes

📖 10. 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

Types de liaisons et électronégativité