Fiche de révision : Structure moléculaire et mésomérie

📋 Plan du Cours

1. Vocabulaire et électrons de valence
2. Liaison covalente et stabilité
3. Méthode des schémas de Lewis
4. Liaisons sigma et pi
5. Mésomérie et conjugaisons
6. Effets physiques de la délocalisation

📖 1. Vocabulaire et électrons de valence

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Ensemble électriquement neutre constitué d’un noyau atomique et d’un nuage électronique.
• Ion : Entité chimique qui n’est pas électriquement neutre et qui peut être un cation ou un anion.

★ À maîtriser

📌 Les électrons d’un atome sont répartis entre électrons de cœur, peu impliqués dans les interactions, et électrons de valence, responsables de sa réactivité.

Compléments

• Le tableau périodique comporte 7 lignes, 18 colonnes et 4 blocs nommés s, p, d et f.

• Les éléments d’une même colonne possèdent des électrons de valence de même type et constituent une famille chimique, notamment les alcalins en colonne 1 sauf l’hydrogène, les alcalino-terreux en colonne 2, les halogènes en colonne 17 et les gaz nobles en colonne 18.

💡 Astuce mémo

Cœur peu réactif, valence réactive

📖 2. Liaison covalente et stabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Mise en commun de deux électrons de valence formant un doublet liant entre deux atomes.
• Règle du duet : Indique que les éléments de la première période tendent à s’entourer de deux électrons de valence.
• Règle de l’octet : Indique que les éléments des périodes 2 et 3 tendent à s’entourer de huit électrons.

★ À maîtriser

📌 Une liaison se forme lorsque les deux atomes liés sont plus stables que séparés, ce qui s’accompagne d’une perte d’énergie.

Compléments

• La longueur de liaison est la distance la plus probable entre deux atomes liés et vaut de l’ordre de 100 pm, tandis que l’énergie de liaison est l’énergie minimale nécessaire pour rompre la liaison et vaut de l’ordre de 200 à 600 kJ/mol.

💡 Astuce mémo

Mise en commun des électrons → stabilité accrue

📖 3. Méthode des schémas de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge formelle : Se détermine en comparant les électrons qu’il porte directement avec ceux de sa forme atomique.

📝 Points essentiels

• 🔄 L’établissement d’une représentation de Lewis suit les étapes suivantes: déterminer les électrons de valence, disposer les atomes, placer les électrons, former les doublets liants et non liants, attribuer les charges formelles, représenter les lacunes électroniques éventuelles

📌 Dans un schéma de Lewis, C, N, O et F ne peuvent pas dépasser huit électrons, tandis que les atomes des périodes 3 et supérieures peuvent être hypervalents pour éviter l’apparition de charges.

📌 Une formule de Lewis est acceptable si tous les électrons sont placés, si les éléments de la deuxième période ne dépassent pas l’octet et si la somme des charges formelles égale la charge totale.

💡 Astuce mémo

Compter → disposer → placer → relier → charger → vérifier

📖 4. Liaisons sigma et pi

📝 Points essentiels

📌 Une liaison sigma résulte d’un recouvrement axial des orbitales atomiques selon l’axe de liaison, tandis qu’une liaison pi résulte d’un recouvrement latéral.

• Les liaisons C–C comportent:

  • liaison simple : 1 σ
  • liaison double : 1 σ + 1 π
  • liaison triple : 1 σ + 2 π

• Pour les liaisons C–C, la longueur vaut 154 pm, 134 pm et 120 pm pour les liaisons simple, double et triple, tandis que l’énergie vaut respectivement 348 kJ·mol⁻¹, 612 kJ·mol⁻¹ et 837 kJ·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Sigma axial et forte, pi latérale et plus faible

📖 5. Mésomérie et conjugaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule mésomère : Représentation de Lewis pertinente parmi plusieurs représentations d’une même molécule, obtenue sans modifier son squelette de liaisons sigma.

📝 Points essentiels

📌 Les électrons pi et les doublets non liants peuvent se délocaliser de proche en proche sans modifier la molécule, tandis que les liaisons sigma constituent son squelette.

• Les quatre conjugaisons au programme sont:
  • π–σ–π
  • π–σ–doublet non liant
  • π–σ–lacune
  • doublet non liant–liaison simple–lacune

💡 Astuce mémo

Des électrons pi qui se déplacent de proche en proche

📖 6. Effets physiques de la délocalisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule aromatique : Une molécule aromatique possède un cycle de délocalisation contenant N = 4n + 2 électrons délocalisés et présente aujourd’hui un critère RMN de déplacement chimique de 7 à 9 ppm.

★ À maîtriser

• Chaque conjugaison stabilise la molécule d’environ 10 kJ·mol⁻¹, tandis que la stabilisation des molécules aromatiques atteint 100 kJ·mol⁻¹.

• Dans le benzène, les six liaisons C–C sont identiques et se situent à mi-chemin entre une liaison simple et une liaison double, contrairement à ce que suggérerait une seule formule de Lewis.

Compléments

📌 La délocalisation impose la planéité de la structure portant la délocalisation : tous les atomes d’un même système conjugué appartiennent au même plan de l’espace.

• Un système conjugué comportant entre 6 et 10 conjugaisons absorbe dans le visible et rend l’espèce colorée, tandis qu’un nombre accru de conjugaisons entraîne une absorption à plus faible longueur d’onde.

💡 Astuce mémo

Plus de conjugaisons → stabilisation, planéité et absorption

📊 Tableaux de synthèse

Évolution des liaisons C–C