Fiche de révision : Structure moléculaire et mésomérie

📋 Plan du Cours

1. Vocabulaire et électrons de valence
2. Liaison covalente et règles électroniques
3. Construction d’une formule de Lewis
4. Liaisons sigma et pi
5. Délocalisation et formes mésomères
6. Effets physiques de la mésomérie

📖 1. Vocabulaire et électrons de valence

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Électrons responsables de la réactivité des atomes, contrairement aux électrons de cœur qui n’interagissent pas directement => électrons de la plus haute couche occupée et de la sous couche de remplissage.
• Élément chimique : Caractérisé par un numéro atomique et symbolisé par une lettre majuscule suivie ou non d’une ou deux lettres minuscules.
• Atome : Ensemble électriquement neutre d'un noyau atomique et d'un nuage électronique
• Molécule : ensemble polyatomiques (corps simples si composées d'un seul élément)
• Entité chimique : atome, ion, molécule, identifiés individuellement
• Espèce chimique : ensemble d'entités identiques

Compléments

• Le tableau périodique comporte 7 lignes appelées périodes (même période = même nombres de couches électroniques) , 18 colonnes ( même colonne = même nombre d' électrons de valence ) et 4 blocs notés s, p, d et f.

• Les colonnes 1, 2, 17 et 18 correspondent respectivement aux familles des alcalins, des alcalino-terreux, des halogènes et des gaz nobles.

📖 2. Liaison covalente et règles électroniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Mise en commun de deux électrons de valence entre deux atomes sous la forme d’un doublet liant.
• Règle du duet : La règle du duet indique que les éléments de la première période tendent à s’entourer de deux électrons de valence.

★ À maîtriser

📌 Les éléments des périodes 2 et 3 tendent à s’entourer de huit électrons, tandis que le carbone, l’azote, l’oxygène et le fluor ne peuvent jamais dépasser l’octet.

Compléments

📌 La longueur de liaison est la distance la plus probable entre deux atomes liés, d’environ 100 pm, tandis que l’énergie de liaison est l’énergie minimale nécessaire pour rompre cette liaison, d’environ 200 à 600 kJ·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Duet pour la période 1, octet pour les périodes 2 et 3.

📖 3. Construction d’une formule de Lewis

★ À maîtriser

• 🔄 Pour établir une formule de Lewis, il faut:
  1. compter les électrons de valence
  2. disposer les atomes
  3. placer les électrons
  4. former les doublets liants et non liants
  5. attribuer les charges formelles
  6. représenter les lacunes éventuelles

📌 Dans une formule de Lewis, les éléments C, N, O et F ne doivent pas dépasser l’octet, et la somme des charges formelles doit être égale à la charge totale de l’espèce.

• Pour choisir entre plusieurs formules de Lewis, on privilégie successivement l’octet de C, N, O et F, le plus petit nombre de charges formelles, les charges négatives sur les atomes les plus électronégatifs et l’éloignement maximal des charges.

Compléments

📌 Lorsqu’une hypervalence est possible pour les éléments des périodes 3 et supérieures, elle est privilégiée à l’apparition de charges formelles.

💡 Astuce mémo

Compter, disposer, placer, relier, charger, compléter.

📖 4. Liaisons sigma et pi

📝 Points essentiels

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

• Les liaisons sigma sont plus fortes que les liaisons pi.

• Pour une liaison C–C simple, double et triple, les longueurs sont respectivement de 154, 134 et 120 pm, tandis que les énergies sont respectivement de 348, 612 et 837 kJ·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Sigma axial et fort, pi latéral et moins fort.

📖 5. Délocalisation et formes mésomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule mésomère : Représentation de Lewis pertinente d’une même molécule obtenue par délocalisation des électrons pi ou des doublets non liants sans modification du squelette sigma.
• Système conjugué : Enchaînement de conjugaisons successives.

★ À maîtriser

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

Compléments

📌 Dans une représentation mésomère, les formes sont placées entre crochets et reliées par une double flèche, tandis que les électrons se déplacent de proche en proche par flèche courbe.

💡 Astuce mémo

Déplacer de proche en proche, sans modifier le squelette sigma.

📖 6. Effets physiques de la mésomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule aromatique : Une molécule aromatique possède un cycle de délocalisation avec $N=4n+2$ électrons délocalisés.

★ 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.

• Les délocalisations rendent la structure portant la délocalisation plane, car tous les atomes d’un même système conjugué appartiennent au même plan de l’espace.

📌 Plus une espèce possède de conjugaisons, plus elle absorbe une lumière de faible longueur d’onde.

Compléments

• Un système conjugué comportant entre 6 et 10 conjugaisons absorbe dans le visible et rend l’espèce colorée.

• Le β-carotène est orange, le bleu patenté est bleu et le cristal violet est violet.

💡 Astuce mémo

Conjugaison → stabilisation, planéité et modification des propriétés spectrales.