Chapitres
- 01. Créer une molécule en liant des atomes
- 02. Représenter une molécule : la représentation de Lewis des molécules
- 03. Représenter une molécule : la théorie VSEPR
- 04. Représenter une molécule : la représentation de CRAM
- 05. L'isomérie d'une molécule
- 06. La polarisation
- 07. Forces et stabilité d'une molécule
- 08. Les molécules dans une solution peuvent réagir avec la lumière
- 09. Quelques exercices
Créer une molécule en liant des atomes
Liaison covalente
Définition
Une liaison covalente entre deux atomes correspond à la mise en commun entre ces deux atomes de deux électrons de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet liant.
Le doublet liant, mis en commun entre les deux atomes, est considéré comme appartenant à chacun des atomes liés.
Nombre de liaisons covalentes établies par un atome
Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est égal au nombre d'électrons qu'il doit acquérir pour saturer sa couche externe à un octet d'électrons (ou un duet pour l'atome d'hydrogène).
Représenter une molécule : la représentation de Lewis des molécules
Doublets liants
Les doublets liants ont été définis précédemment comme les doublets mis en commun entre deux atomes. Ce sont eux qui assurent les liaisons entre les atomes.
Doublets non liants
Les doublets non liants sont les paires d'électrons qui ne servent pas de liaisons entre deux atomes.
Représentation de Lewis des molécules
La représentation de Lewis d'une molécule fait apparaître tous les atomes de la molécule ainsi que tous les doublets liants et non liants le cas échéant.
Dans la représentation de Lewis, la règle du "duet" doit être satisfaite pour chaque atome d'hydrogène et la règle de "l'octet" doit être satisfaite pour tous les autres atomes.
Méthode permettant d'établir la représentation de Lewis d'une molécule
- Déterminer le nombre d'électrons périphériques apportés par chaque atome de la molécule.
- Déterminer le nombre total n d'électrons périphériques de la molécule.
- En déduire le nombre de doublets (liants et non liants) à répartir dans la molécule. Pour cela il suffit de diviser n par 2.
- Déterminer le nombre de liaisons qu'établit chaque atomes de la molécule (voir 1.2). Cette opération donne le nombre de doublets liants.
- En déduire le nombre de doublets non liants et les répartir autour des atomes en respectant la règle de l'octet.
- Les doublets liants sont représentés par un tiret rouge et les doublets non liants sont représentés par un tiret bleu.
Exemple: on veut représenter le modèle de Lewis de la molécule de chlorure d'hydrogène HCl. (H: Z=1; Cl: Z=17.)
- H: 1 électron périphérique. Cl : 7 électrons périphériques.
- n=1+7 ou n=8
- Le nombre de doublets est alors 4
- H établit 1 liaison covalente et Cl établit 1 liaison covalente. Ce qui correspond à un doublet liant mis en commun entre ces deux atomes.
- Il reste donc 3 doublets non liants qui seront répartis autour de l'atome de chlore de façon à respecter la règle de l'octet. Le respect de la règle du duet est assuré pour l'atome d'hydrogène par la présence du doublet liant.
Représenter une molécule : la théorie VSEPR
La théorie VSEPR , signifiant en Anglais Valence Shell Electron Pair Repulsion, encore noté RPECV en Français, signifie « répulsion des paires électroniques de la couche de valence ». Cette théorie correspond à une méthode destinée à prédire la géométrie des molécules. Cela est possible en se basant sur la théorie de la répulsion des électrons de la couche de valence, également connue sous le nom de « théorie de Gillespie »
Exemple : avec une formule VSEPR, c'est à dire Valence Shell Electron Pair Repulsion, en AX5, le pentachlorure de potassium, de formule PCl5, possède une structure en bipyramide trigonale. Cela signifie qu'il possède deux types de chlore dont :
- Trois atomes de chlore équatoriaux, c'est à dire à 120° les uns des autres
- Et deux atomes de chlore apicaux.
Labilité de la structure
Une fois que l'on est sûr que la molécule est la bonne, il peut être intéressant d'avoir recourt à une formule VSEPR, c'est à dire Valence Shell Electron Pair Repulsion, afin de décrire la structure de la molécule.
En effet, en prenant l'exemple d'une structure en bipyramide trigonales, on considère la molécule présente une structure labile. Cela signifie que, par une pseudorotation de Berry, les deux atomes apicaux peuvent s'échanger avec deux atomes équatoriaux tandis que le troisième atome, qui reste donc inchangé, est appelé pivot de la pseudorotation.
On peut alors, via la description VSEPR d'une molécule, décrire sa labilité.
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Prérequis et supposition
La méthode VSEPR est fondée sur un certain nombre de suppositions qui concernent principalement la nature des liaisons entre atomes :
- les atomes dans une molécule sont liés par des paires d'électrons ;
- deux atomes peuvent être liés par plus d'une paire d'électrons. On parle alors de liaisons multiples ;
- certains atomes peuvent aussi posséder des paires d'électrons qui ne sont pas impliqués dans une liaison. On parle de doublets non liants ;
- les électrons composant ces doublets liants ou non liants exercent les uns sur les autres des forces électriques répulsives. Les doublets sont donc disposés autour de chaque atome de façon à minimiser les valeurs de ces forces ;
- les doublets non liants occupent plus de place que les doublets liants ;
- les liaisons multiples prennent plus de place que les liaisons simples.
Notation
Dans la théorie VSEPR, il y a certains usages de notation à respecter :
- On note l'atome central de la molécule étudiée A.
- Les doublets non-liants, et donc les paires d'électrons appartenant à l'atome central A qui se sont pas impliqués dans les liaisons sont notés E et m leur nombre.
- Les doublets liants, et donc paires d'électrons qui sont impliqués dans des liaisons entre l'atome central A et un autre atome sont notés X. Le nombre de doublets liants sera noté n.
Les molécules simples, dont la géométrie est facilement définissable grâce à la méthode VSEPR sont donc notés suivant la notation vu ci-dessus et se présentent donc sous la forme : AXnEm
Votre professeur de physique chimie vous expliquera tout cela.
Représenter une molécule : la représentation de CRAM
Certaines molécules à géométrie spatiale (3 dimensions) sont difficiles à représenter dans le plan de la feuille (2 dimensions). On utilise alors un mode de représentation dit représentation de Cram dont les conventions sont les suivantes:
- Les liaisons situées dans le plan de la feuille sont dessinées en traits pleins.
- Les liaisons situées en avant du plan de la feuille sont dessinées en traits épaissis.
- Les liaisons en arrière du plan de la feuille sont dessinées en pointillés.
L'isomérie d'une molécule
Les formules d''une molécules
Suivant les besoins, les chimistes disposent de plusieurs formules pour un corps donné.
- Formule brute : elle indique la nature et le nombre des atomes présents dans le composé.
- Formule développée plane : elle fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre les atomes du composé. Les angles entre les liaisons sont en général de 90° (ou de 120° dans certains cas).
- Formule semi-développée plane : elle fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre ces atomes à l'exception des liaisons avec les atomes d'hydrogène.
Isomérie et isomères
Des isomères sont des composés qui ont la même formule brute mais des formules développées ou semi-développées différentes.
Les isomères n'ont pas les mêmes propriétés physiques et chimiques.
La polarisation
Électronégativité des atomes
Dans le domaine de la chimie, on décrit l'électronégativité comme étant une grandeur physique caractérisant la capacité d'un atome à attirer un ou plusieurs électrons lors de la formation d'une liaison chimique avec une autre espèce.
Selon leur configuration électronique, certains atomes capteront les électrons facilement alors que d'autres n'y arriveront pas. Par exemple, l'atome de fluor a pour configuration k2l7, il gagnera facilement un électron pour saturer la couche l.
La facilité des atomes à capter un électron s'appelle l'électronégativité. Dans le tableau périodique, les atomes les plus électronégatifs se trouvent en haut à droite.
Polarité d'une liaison chimique
Lorsque deux atomes sont liés chimiquement, c'est qu'ils mettent en commun deux électrons. Les deux électrons sont alors en orbite autour des deux noyaux, ils forment alors la liaison.
Dans le cas de deux atomes identiques, le doublet est également partagé et symétrique par rapport à l'axe de liaison.
Dans le cas où, les deux atomes sont différents, celui qui est le plus électronégatif attire plus fortement le doublet. Le nuage électronique est alors plus dense du côté de l'atome le plus électronégatif et crée une charge négative à cet endroit et positive sur l'autre atome. Une telle molécule possède deux pôles électriques, on dit qu'elle est polarisée.
Forces et stabilité d'une molécule
Les forces de Van Der Waals
Nommées ainsi en l'honneur de Johannes Diderik van der Waals, un physicien néerlandais du XIX ème siècle, ces forces peuvent se décrire comme les interactions électroniques entres les atomes ou molécules, qui les lient ensemble.
Johannes Diderik van der Waals fut le premier a les prendre en compte dans es calculs en 1873. Cela lui valut de recevoir en 1910 le prix Nobel de physique.
Un prix Nobel, Nobelpriset de son nom original en suédois, est une récompense au niveau mondial qui gratifie son détenteur d’être l’une des personne ayant apporté le plus grand bénéfice à l’humanité. C’est un prix qui se remet tous les ans.Le premier a été remis en 1901. Ils récompensent des découvertes ou un travail en faveur de la paix.
Il en existe 5 : le prix Nobel de physique, le prix Nobel de chimie, le prix Nobel de la paix, le prix Nobel de médecine et de physiologie et le prix Nobel de littérature.
Ce phénomène s'explique par la répartition des charges au sein d'une molécule ou au sein des couples d'atomes. Pour plus de détails, il faut néanmoins se plonger dans la physique quantique pour en comprendre les principes les plus poussés.
On peut leur trouver trois origines :
- L'interaction électrostatique attractive entre deux multipôles induits, il s'agira dans ce cas des forces de London ;
- L'interaction attractive entre un multipôle permanent et un multipôle induit et il s'agira des forces de Debye ;
- L'interaction électrostatique attractive ou répulsive entre deux multipôles permanents selon leurs orientations, il s'agit alors des forces de Keesom.
Les exemples les plus flagrants des effets des forces de Van Der Waals sont les absorptions par capillarité ainsi que les systèmes d'accroche des pattes de gecko qui peuvent coller aux murs.
Il existe plusieurs types de forces qui font que les molécules s'attirent les unes les autres. Vous en avez quelques exemples dans notre partie ci-dessus.
La stabilité électrique des molécules
Les molécules ont normalement une charge électrique neutre. En effet, leurs atomes sont liés par des liaisons covalentes la plupart du temps. Lorsqu'une molécule n'est pas neutre, il s'agit d'un ion.
Une liaison covalente est une liaison chimique entre deux atomes qui vont se partager deux électrons. Il peut d'agir d'un électron chacun ou d'un atome qui va partager ses deux électrons. Si une seule paire d'électrons est partagée, on parle alors d'un doublet liant. Si il y a deux paires d'électrons il s'agira d'une liaison double et s'il y a trois paires d'électrons il s'agira d'une liaison triple.
Les molécules dans une solution peuvent réagir avec la lumière
Le pouvoir rotatoire
On appelle pouvoir rotatoire tout angle de déviation du plan de polarisation d'une lumière qui est polarisée rectilignement pour tout observateur qui va se situer en face du faisceau dit incident.
Ce pouvoir rotatoire est alors lié à l'activité optique ou encore biréfringence circulaire correspondant alors à la propriété que peuvent présenter certains milieux que l'on considère comme étant optiquement actifs. Cette propriété consiste alors à la capacité de faire tourner le vecteur d'un faisceau lumineux qui va traverser le dit milieu optiquement actif.
Restons néanmoins prudent sur ce terme car, par abus de langage, le terme de pouvoir rotatoire est parfois utilisé de façon incorrecte afin de désigner l'activité optique.
Selon la direction dans laquelle les composés peuvent dévier le vecteur, ils portent un nom différent :
- On appelle composés dextrogyres, comme le saccharose, tout composé induisant une déviation du vecteur vers la droite lorsque l'observateur se situe face au faisceau ;
- Et on appelle composés lévogyres, comme le fructose, tout composé induisant une déviation du vecteur vers la gauche lorsque l'observateur se situe face au faisceau ;
Ce phénomène de rotation de la polarisation d'une lumière polarisée rectilignement a été observé pour la première fois au début du XIXe siècle par Jean-Baptiste Biot, d'où la loi de Biot, avant même que la nature des molécules ne soit comprise.
On a alors utilisé des polarimètres afin de mesurer la concentration de différents sucres, tels que le glucose, en solution. On a alors par moment associé le nom de ces sucres à leur effet. C'est notamment le cas du dextrose qui provoque une déviation de la polarisation vers la droite.
La loi de Biot
La loi de Biot permet d'exprimer la proportionnalité du pouvoir rotatoire d'un milieu aux concentrations en produits optiquement actifs (dextrogyres ou lévogyres). Autrement dit, la loi de Biot permet, pour une solution et de par son pouvoir rotatoire, de mesurer sa concentration.
Elle s'exprime ainsi : [ alpha = left[ alpha right] times l times c ]
Avec :
- α correspondant au pouvoir rotatoire de la solution en degré (°) ;
- [ α ] correspondant au pouvoir rotatoire spécifique. A noter que cette valeur dépend de la température, de la longueur d'onde utilisée mais aussi du solvant. On utilise souvent dans les tables une valeur pour une température de 20°C ainsi que pour une longueur d'onde de la raie jaune du sodium à 589,3 nm.
- l correspondant à la longueur de la cuve en décimètre (dm) ;
- et c correspondant à la concentration de la solution en gramme par millilitre (g.mL-1)
Ainsi, lorsque les molécules sont en présence d'un champ optique, elles présentent toutes une activité optique. Il est alors possible d'observer une rotation de la polarisation d'un faisceau lumineux lorsque celui-ci va traverser un milieu qui est lui-même soumis à un champ magnétique. On appelle alors ce phénomène l'effet Faraday. Il constitue alors l'une des premières constatations du lien existant entre la lumière et l'électromagnétisme.
Quelques exercices
Vous trouverez le corrigé ici
Exercice 1
Indiquer pour chacun des exemples suivants s'il s'agit d'un atome ou d'une molécule, et préciser son nom.
Exemple : C : il s'agit d'un atome de carbone.
- H2 =
- O =
- CO2 =
- Fe =
- N2 =
Exercice 2
Indiquer les formules chimiques des molécules suivantes, à partir de leur composition.
- Ethanol : 2 atomes de carbone, 6 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène :
- Acide sulfurique : 2 atomes d'hydrogène, 1 atome de soufre, et 4 atomes d'oxygène :
- Glucose : 6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène et 6 atomes d'oxygène :
- Dichlorobutane : 4 atomes de carbone, 8 atomes d'hydrogène et 2 atomes de chlore :
- Ammoniac : 1 atome d'azote et 3 atomes d'hydrogène :
- Aspirine : 9 atomes de carbone, 8 atomes d'hydrogène et 4 atomes d'oxygène :
- Acide phosphorique : 3 atomes d'hydrogène, 1 atome de phosphore et 4 atomes d'oxygène :
Exercice 3
Indiquer les formules chimiques des molécules, à partir de leur nom.
- Dioxyde de carbone :
- Diazote :
- Trioxyde d'azote :
- Monoxyde de carbone :
- Dihydrogène :
- Dioxyde de soufre :
Exercice 4
A partir des formules suivantes, retrouver leur nom.
- O3 :
- SO3 :
- NO :
- Cl2 :
Exercice 5
Les alcènes sont des composés chimiques issus de la famille des alcanes : leurs formules chimiques présentent des ressemblances.
- Ecrire la formule des alcènes suivants :
- Ethène : 2 atomes de carbone et 4 atomes d'hydrogène :
- Propène : 3 atomes de carbone et 6 atomes d'hydrogène :
- Butène : 4 atomes de carbone et 8 atomes d'hydrogène :
- Le nom de l'alcène suivant commence par le préfixe "pent" qui signifie "5" : retrouve son nom et sa formule chimique :
- Le nom de l'alcène suivant commence par le préfixe "hexa" qui signifie "6" : retrouve son nom et sa formule chimique :
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Bonjour, merci beaucoup pour vos cours et exercices qui sont vraiment très utile. Encore mille fois merci 😊 !!!. Bon courage pour la suite !
Merci beaucoup pour votre aide et vous souhaitons une bonne journée
Maître c’est quoi le soufre?
merci ie i’attend toujour les nevaux lecon
c est un composant dangereux et je croix qu il est jaune
Bonjour ! C’est un corps simple (symbole S, n° atomique 16, masse atomique 32,06), solide, jaune clair, très répandu dans la nature (les vapeurs de soufre, par exemple).
Bonne journée !
Bonjour,vos exercices sont très bien et très éducatifs