⚗ Spécialité Physique-Chimie · Chimie Première Générale · Chapitre 1

Structure des entités et géométrie

Schéma de Lewis, lacune électronique, géométrie des molécules, électronégativité, liaisons polarisées et molécules polaires.

1. Schéma de Lewis

Définition

Le schéma de Lewis d'une entité représente tous les électrons de valence : doublets liants (traits entre atomes) et doublets non liants (traits autour d'un atome). Chaque atome (sauf H) tend à s'entourer de $4$ doublets (octet) ; H d'un seul doublet (duet).

Définition · Lacune électronique

Un atome entouré de moins de $4$ doublets présente une lacune électronique, représentée par un rectangle vide. Exemple : le bore dans $\text{BF}_3$ ou l'ion $\text{H}^+$.

Méthode · Établir un schéma de Lewis

  1. Compter les électrons de valence de tous les atomes (en tenant compte de la charge pour un ion).
  2. En déduire le nombre total de doublets.
  3. Placer les liaisons, puis compléter avec des doublets non liants pour respecter l'octet et le duet.

2. Géométrie des molécules

Propriété

Les doublets autour d'un atome central se repoussent et s'écartent au maximum. Avec $4$ doublets : géométrie tétraédrique ($\text{CH}_4$), pyramidale ($\text{NH}_3$, un doublet non liant), coudée ($\text{H}_2\text{O}$, deux doublets non liants). Avec des doubles liaisons : trigonale plane ($\text{H}_2\text{C=O}$), linéaire ($\text{CO}_2$).

HHHHCHHHNHHOOOCtétraédrique 109°pyramidale 107°coudée 104,5°linéaire 180°
Géométries de quelques molécules.

3. Électronégativité et polarité

Définition · Électronégativité

L'électronégativité $\chi$ d'un élément traduit sa capacité à attirer vers lui les électrons d'une liaison. Elle augmente de gauche à droite et de bas en haut du tableau périodique ; le fluor est le plus électronégatif. $\chi(\text{H}) = 2{,}2$ ; $\chi(\text{C}) = 2{,}6$ ; $\chi(\text{N}) = 3{,}0$ ; $\chi(\text{O}) = 3{,}4$ ; $\chi(\text{Cl}) = 3{,}2$.

Propriété · Liaison polarisée

Une liaison entre deux atomes d'électronégativités différentes (écart $\gtrsim 0{,}4$) est polarisée : l'atome le plus électronégatif porte une charge partielle $\delta^-$, l'autre $\delta^+$.

Propriété · Molécule polaire

Une molécule est polaire si le « centre » des charges partielles positives ne coïncide pas avec celui des charges négatives. $\text{H}_2\text{O}$ (coudée) est polaire ; $\text{CO}_2$ (linéaire) est apolaire malgré ses liaisons polarisées, car leurs effets se compensent.

HHOδ⁻δ⁺δ⁺polaireOOCδ⁻δ⁺δ⁻apolaire (effets opposés)
L'eau est polaire ; le dioxyde de carbone est apolaire.

Expérience · Dévier un filet de liquide

Matérieldeux burettes (eau, cyclohexane), règle en plastique frottée avec un chiffon de laine.
ProtocoleOn laisse couler un mince filet de chaque liquide et on en approche la règle électrisée, sans contact.
eau : déviéecyclohexane : non déviérègle chargée
Le filet d'eau est attiré par la règle ; celui de cyclohexane ne l'est pas.
ObservationLe filet d'eau est nettement dévié vers la règle ; le filet de cyclohexane ne l'est pas.
InterprétationLes molécules d'eau sont polaires : elles s'orientent et sont attirées par la règle chargée. Le cyclohexane est apolaire.

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18

Charges partielles et réactivité

★★☆

Dans le méthanal $\text{H}_2\text{C=O}$, quel atome porte une charge partielle positive ? Une espèce riche en électrons l'attaquera-t-elle ?

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20

Vrai ou faux

★★☆

a) Une molécule avec des liaisons polarisées est toujours polaire. b) $\text{CO}_2$ est linéaire. c) Le fluor est l'élément le plus électronégatif.

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