Géométrie de quelques molécules
Situation problème
Tout ce qui nous entoure est constitué de matière, la matière est composée d’atomes, ces atomes peuvent être reliés entre eux pour former des molécules plus ou moins complexes.
Exemple : L’eau liquide est constituée d’un ensemble de molécules d’eau H2O.
I.Les règles du duet et de l’octet
Nous avons vu dans la leçon précédente que les gaz rares (8ème famille : He, Ne, Ar,…) sont des éléments chimiques stables car leurs couches électroniques externes sont saturées.
Tous les éléments chimiques qui ont des couches électroniques externes non saturées cherchent à se stabiliser en saturant leurs couches externes par 2e− ou bien 8e− selon les règles du duet et de l’octet.
1. Énoncé des deux règles
2. Application aux ions monoatomiques
L’application des règles du duet et de l’octet sur les éléments chimiques dont le numéro atomique 3 ≤ Z < 18 permet de déterminer les symboles des ions monoatomiques correspondants.
Remarque : Détermination de la formule d’un ion
X : est le symbole de l’élément chimique.
n : est le nombre d’électrons perdu ou gagné par l’atome.
| Atome | Structure électronique de l’atome | Structure électronique du gaz rare le plus proche | Ion correspondant | Structure électronique de cet ion |
|---|---|---|---|---|
| Li (Z=3) | ||||
| Be (Z=4) | ||||
| O (Z=8) | ||||
| Al (Z=13) | ||||
| Cl (Z=17) |
II.Représentation des molécules selon le modèle de Lewis
1. La molécule
La molécule est une unité chimique, électriquement neutre, constituée de plusieurs atomes attachés les uns aux autres par des liaisons chimiques.
2. La liaison covalente simple
Les électrons des couches externes des atomes sont responsables de leur union pour former des molécules. On appelle liaison covalente simple : le partage de 2 électrons externes entre deux atomes afin de former un doublet d’électrons liant les deux atomes.
Remarque :
Exemple : H2 : H − H ; O2 : O = O ; N2 : N ≡ N
3. Représentation de Lewis
Pour représenter une molécule selon le modèle de Lewis, on suit les étapes suivantes :
- Écrire la structure électronique de chaque atome.
- Déterminer le nombre Ne des électrons de la couche externe de chaque atome.
- Déterminer le nombre de doublets liants nl pour chaque atome : nl = n − Ne (n = 2 ou n = 8 selon la règle à laquelle l’atome obéit : duet ou octet).
- Déterminer le nombre de doublets non liants nnl pour chaque atome : nnl = (Ne − nl) / 2
- Déterminer le nombre total nt des doublets par la relation : nt = ΣNe / 2, avec ΣNe le nombre total des électrons des couches externes des atomes formant la molécule.
- Représenter la molécule.
Exemples :
| Molécule | Atomes | Structure électronique | Ne | nl | nnl | nt | Représentation selon Lewis |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N2 | |||||||
| H2O | |||||||
| CO2 | |||||||
| NH3 | |||||||
Remarque :
- La formule H2O s’appelle la formule brute de la molécule d’eau, elle indique le nombre et la nature des atomes.
- La formule H − O − H s’appelle la formule développée de la molécule d’eau.
III.Géométrie de quelques molécules simples
1. Géométrie spatiale des molécules
Quelques molécules simples se constituent d’un atome central lié à d’autres atomes avec des liaisons covalentes simples, et en raison de la répulsion entre les doublets liants et non liants (charges négatives), la molécule prend une géométrie spatiale.
2. Représentation de Cram
La représentation de Cram permet de représenter la géométrie spatiale de la molécule d’une manière simple en respectant la convention suivante :
Exemple :
| Molécule | Forme de la géométrie | Représentation de Cram |
|---|---|---|
| CH4 | Tétraédrique | |
| NH3 | Pyramide | |
| H2O | Plan coudée |
On considère la molécule d’acide hypochloreux HClO.
- Donner la structure électronique des atomes 1H, 8O, 17Cl.
- Déterminer pour chaque atome le nombre nl de doublets liants.
- Déterminer pour chaque atome le nombre nnl de doublets non liants.
- Donner la représentation de Lewis pour cette molécule, et en déduire sa formule développée.
