Fiche de révision : Structure et géométrie des molécules

📋 Plan du Cours

1. Couches et configuration électronique
2. Stabilité électronique des entités
3. Schémas de Lewis des molécules
4. Schémas de Lewis des ions
5. Géométrie selon la théorie VSEPR
6. Mésomérie et délocalisation électronique

📖 1. Couches et configuration électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Configuration électronique : La configuration électronique est la répartition des électrons d’un atome dans ses différentes sous-couches, le nombre d’électrons étant indiqué en exposant.

★ À maîtriser

• Les électrons de l’atome sont répartis en couches électroniques constituées de sous-couches repérées par des lettres comme s, p et d.

• La règle de Klechkowski donne l’ordre de remplissage des sous-couches : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, puis les sous-couches suivantes.

📌 La couche externe est la dernière couche contenant des électrons et porte les électrons de valence, tandis que les couches internes portent les électrons de cœur.

Compléments

• Une sous-couche s peut contenir au maximum 2 électrons, tandis qu’une sous-couche p peut en contenir 6.

• L’atome de carbone, qui possède 6 électrons, a pour configuration électronique 1s² 2s² 2p².

📖 2. Stabilité électronique des entités

★ À maîtriser

• Dans les ions ou molécules, les atomes gagnent, perdent ou mettent en commun des électrons afin d’adopter la configuration électronique externe du gaz noble le plus proche.

📌 La règle du duet concerne les atomes dont le numéro atomique est proche de celui de l’hélium, Z = 2, et correspond à l’adoption d’une couche externe à 2 électrons, de configuration 1s².

📌 La règle de l’octet concerne les autres atomes, qui tendent à adopter la configuration externe à 8 électrons ns² np⁶ du gaz noble le plus proche.

Compléments

• Les atomes forment souvent des ions monoatomiques ou des molécules, formes dans lesquelles ils sont plus stables.

💡 Astuce mémo

Duet pour l’hélium, octet pour les autres atomes proches d’un gaz noble.

📖 3. Schémas de Lewis des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Lewis : Le modèle de Lewis représente les atomes et leur enchaînement dans les molécules et les ions polyatomiques.
• Liaison covalente : La liaison covalente est la mise en commun de 2 électrons de valence entre 2 atomes et se représente par un tiret.
• Doublet non liant : Un doublet non liant est constitué de deux électrons de valence d’un atome qui ne participent pas aux liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• Le schéma de Lewis est une représentation plane de la répartition des électrons de valence d’une molécule ou d’un ion.

• Pour établir le schéma de Lewis d’une molécule, on écrit les configurations électroniques, détermine les électrons de valence et les électrons manquants pour respecter le duet ou l’octet, puis en déduit les liaisons covalentes, les électrons restants et les doublets non liants avant de dessiner le schéma.

Compléments

• Deux atomes peuvent être reliés par une liaison simple, double ou triple.

• Un schéma de Lewis représente les liaisons covalentes, les doublets non liants, les lacunes électroniques éventuelles et la charge des ions.

📖 4. Schémas de Lewis des ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge formelle : La charge formelle est la charge portée par un atome dans un ion polyatomique, et la somme des charges formelles est égale à la charge de l’ion.

📝 Points essentiels

• Pour établir le schéma de Lewis d’un ion, on suit la méthode utilisée pour une molécule en tenant compte de la charge de l’ion dans le nombre total d’électrons de valence.

📌 Dans un ion négatif, une liaison covalente peut devenir un doublet non liant porté par un atome, souvent le plus électronégatif, qui porte alors une charge négative.

📌 Dans un ion positif, un doublet non liant peut devenir une liaison covalente et l’atome concerné porte alors une charge positive.

💡 Astuce mémo

Ion négatif : une liaison devient doublet non liant ; ion positif : un doublet non liant devient liaison.

📖 5. Géométrie selon la théorie VSEPR

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie VSEPR : La théorie VSEPR, aussi appelée théorie de Gillespie, prédit la géométrie des molécules et des ions à partir du modèle de Lewis et de la répulsion entre les doublets électroniques.
• Notation AXₙEₘ : Dans la notation VSEPR, A désigne l’atome central, Xₙ les n atomes liés à A et Eₘ les m doublets non liants portés par A.

★ À maîtriser

• Selon la théorie VSEPR, les doublets liants et non liants, tous chargés négativement, se repoussent et se disposent de façon à s’écarter au maximum.

• Les géométries VSEPR pour n + m ≤ 4 sont les suivantes. :

  • AX₂ : n + m = 2, géométrie linéaire.
  • AX₃ : n + m = 3, géométrie plane trigonale.
  • AX₂E : n + m = 3, géométrie plane coudée.
  • AX₄ : n + m = 4, géométrie tétraédrique.
  • AX₃E : n + m = 4, géométrie pyramidale à base triangulaire.
  • AX₂E₂ : n + m = 4, géométrie plane coudée.

Compléments

📌 Le modèle de Lewis décrit l’enchaînement des atomes, mais ne donne pas la géométrie spatiale des molécules et des ions.

• En VSEPR, une liaison multiple compte comme une seule liaison pour déterminer le nombre d’atomes X liés à l’atome central.

💡 Astuce mémo

Imagine les doublets autour de l’atome central qui s’écartent au maximum les uns des autres.

📖 6. Mésomérie et délocalisation électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Formes mésomères : Les formes mésomères sont plusieurs schémas de Lewis nécessaires pour rendre compte des propriétés d’une entité lorsque aucun schéma unique ne suffit.

★ À maîtriser

📌 Pour l’ion carbonate, un schéma de Lewis unique montre deux liaisons simples C–O et une liaison double C=O, alors que les trois liaisons C–O sont expérimentalement équivalentes.

• La mésomérie représente la délocalisation des électrons entre différents atomes, et le déplacement des doublets est indiqué par des flèches courbes.

Compléments

• Dans l’ion carbonate, les longueurs mesurées des liaisons C–O équivalentes sont intermédiaires entre 122 pm et 143 pm, valeurs données respectivement pour une liaison double et une liaison simple.

• Trois formes mésomères sont nécessaires pour décrire l’ion carbonate et rendre compte de l’équivalence de ses trois liaisons C–O, de longueur intermédiaire entre une liaison simple et une liaison double.

💡 Astuce mémo

Délocalisation des électrons → plusieurs formes mésomères rendent compte de l’équivalence des liaisons.

📊 Tableaux de synthèse

Configurations électroniques stables