Fiche de révision : Structure des édifices covalents

📋 Plan du Cours

1. Principe de la liaison covalente
2. Règles de l’octet et du duet
3. Construction des schémas de Lewis
4. Écarts à la règle de l’octet
5. Caractéristiques des liaisons covalentes
6. Polarité et moment dipolaire
7. Limites du modèle de Lewis
8. Principe et critères de mésomérie
9. Délocalisation et systèmes conjugués

📖 1. Principe de la liaison covalente

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : G Lewis, 1916 — Résulte de la mise en commun d’une ou plusieurs paires d’électrons de valence entre deux atomes, les paires attirant les deux noyaux.
• Doublet liant : Le doublet partagé entre deux atomes et représenté par un trait plein.

📝 Points essentiels

📌 Une paire électronique peut être formée soit par apport d’un électron par chaque atome, soit par fourniture des deux électrons par un seul atome, appelé donneur de doublet, l’autre étant l’accepteur.

💡 Astuce mémo

Deux noyaux attirés par un doublet partagé

📖 2. Règles de l’octet et du duet

★ À maîtriser

📌 Les atomes C, N, O et F tendent à partager autant de doublets d’électrons qu’il leur est nécessaire pour être entourés de huit électrons de valence.

📌 L’hydrogène tend à s’entourer d’un doublet d’électrons, car la première couche électronique ne peut être occupée que par deux électrons.

Compléments

📌 La règle de l’octet n’est pas universelle, car certains édifices sont déficitaires ou excédentaires en électrons.

💡 Astuce mémo

Octet pour C, N, O, F ; duet pour H

📖 3. Construction des schémas de Lewis

★ À maîtriser

• Pour établir le schéma de Lewis d’un édifice polyatomique, il faut décompter les électrons de valence de tous les atomes en tenant compte de la charge éventuelle, puis répartir ces électrons en respectant les règles du duet et de l’octet.

Compléments

📌 Lorsque des charges apparaissent dans un schéma de Lewis, les charges négatives doivent si possible être portées par les atomes les plus électronégatifs.

• Le décompte des électrons de valence donne 8 électrons de valence pour NH3, HCl et H2O selon les relations 5 + 3×1, 1 + 7 et 2×1 + 6.

💡 Astuce mémo

Compter, placer, compléter, vérifier

📖 4. Écarts à la règle de l’octet

🔑 Notions clés & Définitions

• Radical : Édifice possédant un électron célibataire, ce qui se produit inévitablement lorsque son nombre total d’électrons de valence est impair.
• Lacune électronique : Représente le déficit d’un doublet d’électrons autour d’un atome et indique que cet atome peut accueillir un doublet.

★ À maîtriser

📌 Les édifices BH3 et AlCl3 sont déficitaires en électrons, tandis que SF6 et PCl5 sont hypervalents avec respectivement le soufre et le phosphore entourés de plus d’un octet d’électrons de valence.

Compléments

• Le monoxyde d’azote NO est un exemple d’édifice radical possédant un électron célibataire.

💡 Astuce mémo

Lacune déficitaire, électron célibataire radical, hypervalence excédentaire

📖 5. Caractéristiques des liaisons covalentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Longueur de liaison : La distance intern atomique séparant les noyaux A et B à l’équilibre, généralement de l’ordre de 100 pm.
• Énergie de liaison : L’énergie minimale à fournir à une mole de liaisons en phase gazeuse pour les rompre homolytiquement en atomes gazeux, et elle vaut généralement quelques centaines de kJ.mol-1.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le rayon covalent d’un atome A vérifie $R_{cov}(A)=\frac{1}{2}d_{A-A}$.

📌 Pour les liaisons C-C de CH3-CH3, CH2=CH2 et CH≡CH, les longueurs sont respectivement 154 pm, 134 pm et 120 pm, tandis que la multiplicité augmente de la liaison simple à la liaison triple.

📌 Pour deux atomes donnés, plus une liaison est courte, plus son énergie de liaison est élevée.

Compléments

• Les longueurs de liaison H-F, H-Cl et H-Br valent respectivement 92 pm, 127 pm et 141 pm.

💡 Astuce mémo

Multiplicité accrue → liaison plus courte et plus énergétique

📖 6. Polarité et moment dipolaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison polarisée : Une liaison A-B hétéroatomique se polarise lorsque A et B ont des électronégativités différentes, le nuage électronique se déplaçant vers l’atome le plus électronégatif, qui porte alors une charge partielle négative -δ.
• Moment dipolaire : Une molécule A-B polarisée se comporte comme un dipôle caractérisé par un moment dipolaire, dont l’unité peut être le C×m ou le D.

📝 Points essentiels

• La différence d’électronégativité entre les deux atomes détermine essentiellement la nature de la liaison.

💡 Astuce mémo

Différence d’électronégativité → déplacement électronique → dipôle

📖 7. Limites du modèle de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésomérie : Décrit une structure réelle par plusieurs formes limites dans lesquelles des électrons, notamment des doublets non liants ou des électrons π, sont délocalisés.

📝 Points essentiels

• Dans l’ion carbonate CO3^2-, les trois liaisons C-O sont expérimentalement identiques, leur longueur vaut 129 pm et les angles de valence valent tous 120°.

💡 Astuce mémo

Lewis prévoit des liaisons distinctes, l’expérience peut montrer des liaisons identiques

📖 8. Principe et critères de mésomérie

★ À maîtriser

📌 Les formes mésomères les plus contributives sont d’abord celles qui respectent l’octet de C, N, O et F, puis celles qui minimisent les charges formelles, puis celles qui placent la charge négative sur l’atome le plus électronégatif et la charge positive sur le moins électronégatif.

Compléments

• Lorsque les formes mésomères sont différentes, elles contribuent avec des poids différents à la structure réelle de la molécule.

💡 Astuce mémo

Délocaliser, comparer les formes, retenir les plus contributives

📖 9. Délocalisation et systèmes conjugués

🔑 Notions clés & Définitions

• Délocalisation électronique : La répartition d’électrons sur plusieurs atomes, ce qui peut rendre une liaison partiellement simple et partiellement double.

📝 Points essentiels

• Les longueurs de liaison 121 pm, 126 pm et 149 pm doivent être attribuées aux édifices O2, O3 et O2^2- pour relier les données expérimentales à la délocalisation électronique.

• Le cours exige d’identifier les systèmes conjugués et les différents enchaînements d’atomes donnant lieu à une délocalisation électronique.

📊 Tableaux de synthèse

Écarts à la règle de l’octet