Fiche de révision : Molécules et orbitales hybrides

📋 Plan du Cours

1. Formules chimiques et modèle de Lewis
2. Groupes fonctionnels et nomenclature
3. Degrés d’insaturation et nomenclature
4. Degrés d’oxydation moléculaires
5. Géométrie moléculaire VSEPR
6. Acides de Lewis et hypervalence
7. Mésomérie et électrons délocalisés
8. Hybridations et recouvrements orbitalaires

📖 1. Formules chimiques et modèle de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule brute : Liste les atomes composant une molécule, comme H2O, NH3, CH4O ou CO2.
• Formule de Lewis : Représente tous les électrons de valence de la molécule sous forme de liaisons et de doublets non liants, un trait correspondant à 2 électrons.

📝 Points essentiels

📌 La règle de l’octet indique qu’un atome tend à s’entourer de 8 électrons, soit 4 doublets liants ou non liants, tandis que l’hydrogène tend à s’entourer de 2 électrons.

• 🔄 Pour établir une formule de Lewis, il faut: compter les électrons de valence en tenant compte de la charge, placer les liaisons entre atomes liés, compléter les octets des atomes extérieurs, compléter si nécessaire l’octet des atomes centraux par des liaisons multiples, vérifier les charges formelles

💡 Astuce mémo

Brute → semi-développée → développée → Lewis

📖 2. Groupes fonctionnels et nomenclature

🔑 Notions clés & Définitions

• Fonction principale : En nomenclature systématique, la fonction prioritaire qui fournit le suffixe du nom, tandis que les autres fonctions deviennent des substituants préfixés.

📝 Points essentiels

• L’ordre de priorité décroissant des fonctions principales est:

  • acide carboxylique
  • ester
  • halogénure d’acide
  • amide
  • nitrile
  • aldéhyde
  • cétone
  • alcool
  • thiol
  • amine

• 🔄 Pour nommer une molécule, il faut: identifier la fonction principale, choisir la chaîne carbonée principale, classer les substituants par ordre alphabétique, numéroter avec les plus petits indices possibles, écrire le nom complet

💡 Astuce mémo

Fonction principale = suffixe, fonctions secondaires = préfixes

📖 3. Degrés d’insaturation et nomenclature

🔑 Notions clés & Définitions

• Degré d’insaturation : Le nombre de liaisons multiples et de cycles, correspondant au nombre de paires d’hydrogènes manquantes par rapport à un alcane acyclique saturé.

📝 Points essentiels

• Pour les hydrocarbures, un alcane a pour formule $C_nH_{2n+2}$ et un degré d’insaturation nul, un alcène ou un cycloalcane a pour formule $C_nH_{2n}$ et un degré d’insaturation égal à 1, tandis qu’un alcyne a pour formule $C_nH_{2n-2}$ et un degré d’insaturation égal à 2.

• Pour déterminer le degré d’insaturation à partir d’une formule développée ou topologique, il faut compter les liaisons multiples et les cycles.

💡 Astuce mémo

Liaisons multiples ou cycles → hydrogènes en moins → degré d’insaturation

📖 4. Degrés d’oxydation moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Degré d’oxydation : La charge qu’il aurait après attribution des électrons de liaison selon les électronégativités des atomes.

📝 Points essentiels

• 🔄 Pour déterminer un degré d’oxydation, il faut: attribuer les deux électrons d’une liaison à l’atome le plus électronégatif, attribuer un électron à chaque atome lorsque les atomes liés sont identiques, comparer le nombre d’électrons attribués au nombre d’électrons de valence

📌 La somme des degrés d’oxydation est égale à la charge globale de la molécule ou de l’ion.

💡 Astuce mémo

Rupture hétérolytique pour les atomes différents, homolytique pour les atomes identiques

📖 5. Géométrie moléculaire VSEPR

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle VSEPR : Gillespie, années 60 — Affirme que les paires d’électrons de valence autour d’un atome central se positionnent le plus loin possible les unes des autres afin de minimiser leur répulsion électronique.
• Moment dipolaire : La somme vectorielle des moments dipolaires de ses liaisons polarisées.

📝 Points essentiels

📌 Dans la notation VSEPR AXnEm, A est l’atome central, Xn les atomes liés à A et Em les paires libres portées par A, tandis que n + m représente le nombre de domaines de répulsion.

• Les géométries idéales sont: linéaire pour 2 domaines avec un angle de 180°, trigonale plane pour 3 domaines avec des angles de 120°, tétraédrique pour 4 domaines avec des angles de 109,5°, bipyramidale trigonale pour 5 domaines avec des angles de 90° et 120°, octaédrique pour 6 domaines avec des angles de 90°

📌 L’ordre croissant des répulsions est paire liante-paire liante, paire liante-paire libre, puis paire libre-paire libre, ce qui réduit les angles entre liaisons lorsqu’il existe des doublets libres.

💡 Astuce mémo

Répulsions électroniques → domaines éloignés → géométrie moléculaire

📖 6. Acides de Lewis et hypervalence

🔑 Notions clés & Définitions

• Base de Lewis : Une molécule possédant un doublet non liant capable d’être donné pour former une liaison dative.
• Acide de Lewis : Une molécule déficiente en électrons, qui peut recevoir un doublet non liant pour former une liaison dative.
• Hypervalence : La présence de plus de quatre doublets autour d’un atome central, comme les 10 électrons autour du phosphore dans PCl5.

📝 Points essentiels

• Les éléments de la deuxième période, notamment C, N, O et F, respectent généralement la règle de l’octet, tandis que des éléments comme P et S peuvent être hypervalents.

💡 Astuce mémo

Base de Lewis donne un doublet, acide de Lewis le reçoit

📖 7. Mésomérie et électrons délocalisés

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésomérie : Décrit une molécule par plusieurs formules de Lewis limites dont la superposition pondérée constitue la structure réelle.

★ À maîtriser

• Pour obtenir des formes mésomères, il faut déplacer des électrons de liaisons multiples ou de paires non liantes sans modifier le nombre d’électrons célibataires.

📌 Une forme mésomère contribue davantage à la structure réelle si elle possède beaucoup de liaisons covalentes, respecte les octets et place les charges négatives sur les atomes électronégatifs et les charges positives sur les atomes électropositifs.

Compléments

• Dans l’ozone O3, les deux liaisons O-O ont des distances et des énergies intermédiaires entre celles d’une liaison simple et d’une liaison double en raison de la délocalisation.

💡 Astuce mémo

La structure réelle est une superposition pondérée de formes limites

📖 8. Hybridations et recouvrements orbitalaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Hybridation : Le mélange d’orbitales atomiques pour former des orbitales hybrides orientées selon la géométrie des domaines électroniques.

★ À maîtriser

• Le nombre d’orbitales hybrides est égal au nombre de domaines de répulsion : 2 domaines correspondent à sp, 3 à sp2, 4 à sp3, 5 à sp3d et 6 à sp3d2.

• Une liaison sigma résulte d’un recouvrement axial d’orbitales, tandis qu’une liaison pi résulte d’un recouvrement latéral d’orbitales p non hybridées.

• Dans l’éthène C2H4, chaque carbone est hybridé sp2 et la double liaison C=C comprend une liaison sigma et une liaison pi, ce qui rend la molécule plane et empêche la rotation libre.

Compléments

• Dans l’éthyne C2H2, chaque carbone est hybridé sp et la triple liaison C≡C comprend une liaison sigma et deux liaisons pi, ce qui donne une géométrie linéaire.

• Dans l’éthane C2H6, chaque carbone est hybridé sp3 et les liaisons C-H et C-C sont des liaisons sigma, ce qui permet une rotation autour de la liaison C-C.

💡 Astuce mémo

sp = linéaire, sp² = triangulaire, sp³ = tétraédrique

📊 Tableaux de synthèse

Correspondance VSEPR et hybridation

Types de liaisons orbitalaires