La liaison chimique I: la liaison ... - University of Ottawa

1 La liaison chimique I:la liaison covalenteLa notation de Lewis les atomes r agissent ensemble pour former des mol cules afin d arriver une configuration lectronique plus stable les lectrons de valence nous int ressent le plus car ce sont les lectrons de valence qui se font partag s entre deux atomes dans une liaison covalente la notation de Lewis est la repr sentation d un l ment par son symbole entour de points qui repr sentent les lectrons de valence parce que les membres d un groupe ont le m me nombre d lectrons de valence, ils partagent la m me notation de Lewis (sauf pour He, qui est un des gaz rares) la notation de Lewis fonctionne tr s mal pour les m taux de transition, les lanthanides, et les actinidesLa notation de LewisLa liaison covalente une liaison covalente est une liaison dans laquelle deux lectrons sont partag s par deux atomes dans une liaison covalente.

2 Chaque lectron du doublet partag est attir par les noyaux des deux atomes ces attractions aident maintenir les deux atomes ensemble seulement les lectrons de valence participent aux liaisons covalentesLa structure de Lewis les lectrons qui ne participent pas la formation d une liaison covalente sont appell s des lectrons non-liants ou des doublets libres une structure de Lewis est une repr sentation des liaisons covalentes par la notation de Lewis o les doublets liants sont illustr s par de petits traits ou par des paires de points entre deux atomes et les doublets libres sont illustr s par des paires de points associ es chacun des atomesLa r gle de l octet Lewis a propos que tout atome, sauf l hydrog ne, a tendance former des liaisons jusqu ce qu il soit entour de huit lectrons de valence ceci est la r gle de l octet l hydrog ne doit poss der deux lectrons au-del de la deuxi me p riode (Li F)

3 , on verra des exceptions la r gle de l octet dues la disponibilit des orbitales d dans la m me couche que les orbitales s et p de valenceLiaisons multiples si deux atomes partagent un doublet d lectrons, ils forment une liaison simple si deux atomes partagent deux doublets d lectrons, ils forment une liaison double si deux atomes partagent trois doublets d lectrons, ils forment une liaison triple pour une paire donn e d atomes, les liaisons triples sont plus courtes et plus stables que les liaisons doubles, qui, elles, sont plus courtes et plus stables que les liaisons simplesLa liaison covalente polaire dans un diatomique homonucl aire (comme le H2ou le F2), le partage des lectrons est parfait dans un diatomique h t ronucl aire (comme le HF), le partage n est pas fait de mani re gale, , l lectron passe plus de temps pr s d un atome que l autre la liaison est dit covalente polaire (ou tout simplement polaire)

4 Dans une liaison ionique, le transfert de l lectron est presque complet dans une liaison polaire, il y a toujours un partage importantL lectron gativit l lectron gativit est la tendance qu a un atome attirer vers lui les lectrons dans une liaison chimique l lectron gativit est une valeur relative, et donc sans unit plus l lectron gativit d un l ment est lev e, plus cet l ment a tendance attirer des lectrons un l ment qui a une affinit lectronique forte et une nergie d ionisation lev e tend avoir une lectron gativit forte Pauling a tabli une m thode pour calculer l lecron gativit de la plupart des l mentsL lectron gativit Liaisons covalentes polaires et liaisons ioniques la liaison entre un m tal et un non-m tal tend tre ionique la liaison entre deux l ments non-m talliques tend tre covalente polaire r gle g n rale.

5 Si la diff rence d lectron gativit est gale ou sup rieure , la liaison est essentiellement ionique si la diff rence d lectron gativit est inf rieure , la liaison est plut t covalente polaire si la liaison est entre deux atomes du m me l ment, la liaison est covalente pure L lectron gativit et l tat d oxydation L tat d oxydation indique le nombre de charges qu aurait un atome dans une mol cule si les lectrons taient transf r s compl tement au plus lectron gatif des atomes participant la liaison eg.; dans l eau, l O est plus lectron gatif que l H, donc l O prend un lectron de chaque H: l O a une charge de -2 et chaque H a une charge de +1 eg.; dans le p roxyde d hydrog ne, chaque O a un nombre d oxydation de seulement -1 car chaque O prend un lectron d un H mais ils partagent parfaitement les deux lectrons entre les deux O`s dans un compos qui contient le F, le F est toujours -1 car il est l l ment le plus lectron gatif et il ne se lie jamais lui-m me, sauf dans le F2 Les r gles d criture des structures de Lewis tape 1: tablir la structure squelettique du compos en utilisant les symboles chimiques et en pla ant c te c te les atomes li s en cas de doute, en g n ral, l atome le moins lectron gatif occupe la position centrale tape 2.

6 Compter le nombre total d lectrons de valence dans le cas d un anion, ajouter le nombre de charges n gatives au total dans le cas d un cation, soustraire le nombre de charges positives du totalLes r gles d criture des structures de Lewis tape 3: tracer une liaison simple covalente entre l atome central et chacun des atomes qui l entourent autant que possible, compl ter les octets des atomes li s l atome central (sauf pour les hydrog nes, qui demandent seulement deux lectrons) le nombre d lectrons la fin de cette tape doit tre celui qu on a d termin dans l tape 2 tape 4: si la r gle de l octet n est pas respect e par un atome, essayer de faire des liaisons doubles entre celui-ci et les atomes voisins, en utilisant les doublets libres de ces derniersLes structures de Lewis Exemple: crivez la structure de Lewis de l ion carbonate (CO32-).

7 Les structures de Lewis Exemple: crivez la structure de Lewis de l ion nitrite (NO2-).La charge formelle et les structures de Lewis pour un atome isol , le nombre d lectrons qui lui sont associ s correspond au nombre d lectrons de valence qu il poss de dans une mol cule, un atome poss de les deux lectrons dans chaque doublet libre qu il poss de, mais pour les doublets liants qui sont partag s entre deux atomes, un atome poss de seulement la moiti du doublet liant la charge formelle d un atome dans une mol cule est la diff rence entre le nombre d lectrons de valence contenu dans un atome isol et le nombre d lectrons associ s ce m me atome dans une structure de LewisLa charge formelle et les structures de Lewis charge formelle = nombre total d lectrons de valence dans l atome isol -nombre total d lectrons non-liants-1/2 (nombre total d lectrons liants)

8 Dans le cas d une mol cule neutre, la somme des charges formelles doit tre z ro dans le cas d un ion, la somme des charges formelles doit tre gale la charge de l ion les charges formelles ne repr sentent pas la distribution r elle des charges dans une mol cule eg.; pour le H2O, il n y a pas de charges formelles mais on sait que l lectron gativit de l O est plus haute que celle de H, donc l O porte une petite charge n gative et les H s portent des petites charges positivesLa charge formelle et les structures de Lewis Exemple: D terminez les charges formelles dans l ion carbonate. Solution: pour l atome C: pour l atome O dans C=O pour l atome O dans C-O la somme des charges formelles (-2) est la charge de l ion0(8)21(0)(4)formelle charge 0(4)21(4)(6)formelle charge 1(2)21(6)(6)formelle charge La charge formelle et les structures de Lewis si on a plusieurs structures de Lewis qui ob issent la r gle de l octet, on peut utiliser les charges formelles pour d terminer quelle structure est la meilleure dans le cas d une mol cule neutre, une structure de Lewis qui ne comprend aucune charge formelle est pr f rable une autre qui en comprend une structure de Lewis qui comprend des charges formelles lev es ( 2, 3, etc.)

9 Est moins plausible qu une autre dans laquelle ces charges sont plus petites si les structures de Lewis ont une distribution similaire de charges formelles, la plus plausible est celle dans laquelle les charges formelles n gatives sont plac es sur les atomes les plus lectron gatifsLa charge formelle et les structures de Lewis Exemple: Laquelle des structures de Lewis pour N2O est la meilleure? Solution: La troisi me structure est la pire structure car le N terminal poss de une charge de -2. La premi re structure est meilleure que la deuxi me car l O est plus lectron gatif que le N et la premi re place la charge formelle n gative sur l O tandis que la deuxi me la place sur le concept de r sonance si on regarde, par exemple, une mol cule comme l ozone, O3, on a deux structures de Lewis diff rentes, mais quivalentes chaque structure de Lewis pr dit que l ozone a une liaison double O=O et une liaison simple O-O cependant, on constate exp rimentalement que les deux liaisons O-O dans l ozone sont quivalentes (m me longueur, m me force)

10 En r alit , l ozone est une combinaison des deux structures de LewisLe concept de r sonance la r sonance est l utilisation de deux ou de plusieurs structures de Lewis pour repr senter une mol cule donn e chacune des structures de Lewis est appel e une structure de r sonance le symbole indique que les structures illustr es sont des structures de r sonance exp rimentalement, on trouve que les liaisons dans l ozone sont plus courtes et plus fortes que la liaison simple O-O dans le H2O2mais ils sont plus longues et plus faibles que la liaison double O=O dans le O2Le concept de r sonance il ne faut pas croire qu une mol cule comme l ion carbonate passe successivement et rapidement de l une l autre de ses structures de r sonance aucunedes structures de r sonance repr sente ad quatement la mol cule r elle on utilise le concept de la r sonance pour expliquer pourquoi les trois liaisons C-O dans l ion carbonate sont toutes identiques si on change la position des atomes entre deux structures de Lewis, ceci n est pas une r sonance (plut t, on a deux mol cules distinctes)Les exceptions la r gle de l octet:l octet incomplet dans certains compos s, il est impossible de combler l octet d un atome eg.