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STEREOCHIMIE - GEOMETRIE DES MOLECULES ET DES IONS- leçon n° 7

 

Cette leçon comporte deux paragraphes.


1- REPRESENTATION DE LEWIS DES ATOMES


Dans le tableau ci-dessous on ne représente pas le noyau.

Par exemple, l'atome de chlore le plus abondant dans la nature possède un noyau central contenant Z = 17 protons positifs et N = 18 neutrons. Le nombre de nucléons est donc A = Z + N = 17 + 18 = 35. On symbolise ce noyau par .

Loin de ce noyau gravitent 17 électrons négatifs e - répartis sur trois couches K, L, M.

Le modèle de Lewis d'un atome ne représente que la couche externe.

 

Remarque :

La couche n (entier) contient au maximum 2 ´ électrons.

La couche n = 1 (K)

contient au maximum

2 ´ 1² = 2 électrons.

La couche n = 2 (L)

contient au maximum

2 ´ 2² = 8 électrons.

La couche n = 3 (M)

contient au maximum

2 ´ 3² = 18 électrons.

La couche . . .

contient au maximum

. . .

 

2- REGLE DE L’OCTET ET DU DUET. GEOMETRIE DES MOLECULES ET DES IONS.


Les atomes de la dernière colonne de la classification périodique possèdent huit électrons (un octet) sur leur couche externe, l'exception de l'atome d'hélium He qui possède deux électrons (un duet) sur sa couche K :

He : (K)2Ne : (K)2 (L)8 Ar : (K)2 (L)8 (M)8Kr : (K)2 (L)8 (M)18(N)8. . .

Ces gaz nobles sont stables.

Lors de transformations chimiques, les atomes évoluent pour acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche d'eux dans le tableau périodique. Ils acquièrent ainsi une plus grande stabilité. Ils obeissent soit la règle du duet soit à la règle de l'octet


a- Règle du duet - Règle de l’octet.

Règle du duet : Les atomes proches de l'hélium évoluent pour acquérir deux électrons externes.

Règle de l'octet : Les autres atomes évoluent pour acquérir huit électrons sur leur couche externe.

Ces évolutions aboutissent à des ions ou à des molécules.

Exemples :

- L'atome de lithium Li : (K)2 (L)1 donne naissance à l'ion stable Li + : (K)2 à comparer à He : (K)2.

- L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne rarement naissance à l'ion H - : (K)2 à comparer à He : (K)2.

- L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne souvent naissance à l'ion H + : (K)0 (exception à la règle du duet).

- L'atome d'oxygène O : (K)2 (L)6 donne naissance à l'ion stable O - - : (K)2 (L)8 à comparer à Ne : (K)2 (L)8.

- Dans les composés polyatomiques, on distingue les doublets liants entre deux atomes et les doublets non liants appartenant à un seul atome.

- Les atomes O : (K)2 (L)6 C : (K)2 (L)4 H : (K)1 donnent naissance à la molécule de méthanal (voir ci-dessous) dans laquelle l'atome H satisfait à la règle du duet alors que les atomes C et O satisfont à la règle de l'octet.

- De nombreux autres exemples sont donnés dans la suite de la leçon. Tous ces exemples satisfont à la règle de l'octet et du duet.

- Dans l'enseignement post baccalauréat on rencontrera des composés chimiques que ne satisfont pas à la règle de l'octet.


b- Structure plane de Lewis.

C'est une représentation plane (donc incorrecte) des molécules ou des ions indiquant l'enchaînement des atomes et les électrons de leur couche externe en distinguant les doublets liants et les doublets non liants (voir la 3° colonne des deux tableaux ci-dessous).


c-
Structure spatiale - Méthode VSEPR de GILLEPSIE
(allègement de programme pour le bac 2002)

Les doublets liants ou non liants de la couche externe de l'atome central d'un édifice polyatomique se repoussent entre eux car ils sont négatifs. La géométrie du composé sera telle que ces doublets soient le plus loin possible les uns des autres.

Remarque : Une liaison multiple est assimilée à une liaison simple mais plus volumineuse et plus répulsive.

Conventions : Les liaisons de l'atome de carbone tétraédrique sont représentés de la façon suivante :

(structure dans l'espace à 3 dimensions)

Composé AXn sans doublet libre sur l’atome A

A est l’atome central.

X désigne les atomes liés à l'atome A. Il y en a un nombre n. Ces atomes X peuvent être différents.

- Exemple :

Considérons la molécule de méthanal .

L'atome central A est, ici, l'atome de carbone C.

Les atomes X liés à C sont, ici, les atomes H, H et O. On a donc n = 3.

La structure du méthanal est donc de type AX3. Pour plus de précision, voir le problème 7-A avec corrigé.

- Recherche de la structure de quelques molécules ou ions :

(La dernière colonne du tableau donne la représentation de Gillepsie).

Composés AXnEp avec p doublets non liants sur l’atome A

A est l’atome central.

X désigne les atomes liés à l'atome A. Il y en a un nombre n. Ces n atomes X peuvent être différents.

E désigne un doublet non liant fixé sur l'atome A . Il y en a un nombre p.

- Exemple :

Considérons l'ion hydronium .

L'atome central A est, ici, l'atome d'oxygène O.

Les atomes X liés à O sont, ici, les atomes H,H et H. On a donc n = 3.

Il y a un doublet E non liant fixé sur l'atome central. On a donc p = 1.

La structure de l'ion hydronium H3O + est donc de type AX3E1.

- Recherche de la structure de quelques molécules :

(La dernière colonne du tableau donne la représentation de Gillepsie).

 

A VOIR :

Problème avec corrigé n° 7 A : Structure des atomes, molécules et ions.

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