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
- Compter les électrons de valence de tous les atomes (en tenant compte de la charge pour un ion).
- En déduire le nombre total de doublets.
- 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 ($\text{CO}_2$).
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.
Expérience · Dévier un filet de liquide
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Schéma de Lewis
★★☆Établir le schéma de Lewis du méthanol $\text{CH}_3\text{OH}$ et indiquer le nombre de doublets non liants.
Géométrie
★★☆Donner la géométrie de $\text{H}_2\text{S}$ (le soufre est dans la même colonne que l'oxygène).
Polarité
★★★Les liaisons C–Cl sont polarisées. Expliquer pourquoi $\text{CCl}_4$ (tétraédrique) est apolaire alors que $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ est polaire.
Électrons de valence
★☆☆Combien de doublets le schéma de Lewis de $\text{NH}_3$ compte-t-il au total ? Combien sont non liants ?
Lewis du dioxyde de carbone
★★☆Établir le schéma de Lewis de $\text{CO}_2$.
Lewis d'un ion
★★☆Établir le schéma de Lewis de l'ion hydroxyde $\text{HO}^-$.
Lacune
★★☆Le bore ($3$ électrons de valence) forme $\text{BH}_3$. L'octet est-il respecté ? Comment le représenter ?
Géométrie de quatre molécules
★☆☆Donner la géométrie de $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$, $\text{H}_2\text{O}$ et $\text{CO}_2$.
Méthanal
★★☆Établir le schéma de Lewis du méthanal $\text{H}_2\text{CO}$ et prévoir sa géométrie.
Électronégativité
★☆☆Classer par électronégativité croissante : O, C, H, Cl, N.
Liaisons polarisées
★★☆Les liaisons C–H, O–H, C–Cl et C–C sont-elles polarisées ? Indiquer les charges partielles.
Polarité de molécules
★★☆$\text{HCl}$, $\text{Cl}_2$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ : lesquelles sont polaires ?
Exploiter l'expérience
★★☆Dans l'expérience du cours, que se passerait-il avec un filet de dichlorométhane $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ ? Justifier.
Ion ammonium
★★★Établir le schéma de Lewis de $\text{NH}_4^+$ et prévoir sa géométrie.
Ozone
★★★L'ozone $\text{O}_3$ compte $18$ électrons de valence. Proposer un schéma de Lewis (O–O=O) et prévoir sa géométrie.
Angles
★★☆Pourquoi l'angle H–O–H de l'eau ($104{,}5°$) est-il plus petit que l'angle d'un tétraèdre ($109{,}5°$) ?
Tétrachlorométhane
★★☆$\text{CCl}_4$ possède quatre liaisons polarisées. Est-il polaire ?
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 ?
Tableau périodique
★☆☆Comment évolue l'électronégativité sur une ligne et dans une colonne du tableau périodique ?
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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