CHAPITRE 4 : Structure des espèces chimiques

Objectifs :

— Etablir le schéma de Lewis de molécules et d’ions mono ou polyatomiques.
— Interpréter la géométrie d’une entité à partir de son schéma de Lewis.
— Déterminer le caractère polaire d’une liaison à partir de la donnée de l’électronégativité des atomes.
— Déterminer le caractère polaire ou apolaire d’une entité moléculaire à partir de sa géométrie et de la polarité de ses liaisons.

I. Schéma de Lewis d’un atome, d’une molécule ou d’un ion

1. La stabilité des gaz nobles

Les atomes des éléments des trois premières périodes du tableau périodique tendent à obtenir une configuration électronique identique à celle d’un gaz noble. Pour cela, ils peuvent former des ions ou des molécules de telle sorte que leur dernière couche électronique 𝑛 (couche de valence) soit saturée à deux électrons si 𝑛 = 1 ou à huit électrons si 1 < 𝑛 ≤ 3.

2. Schéma de Lewis d’un atome ou d’un ion monoatomique

Le schéma de Lewis d’un atome permet de représenter la structure électronique externe d’un atome. Pour l’établir, chaque atome est "scindé" en deux :
— le noyau et les électrons des couches électroniques internes sont représentées par le symbole de l’élément;
— les électrons de valence sont représentés par des points (∙) s’ils sont célibataires ou par un tiret (—) s’ils
forment un doublet. On admet que :
— que jusqu’à quatre électrons de valence, l’atome est entouré d’électrons célibataires ;
— qu’au-delà, les électrons supplémentaires s’ajoutent aux électrons célibataires pour former des doublets.

3. Schéma de Lewis d’une molécule

Le schéma de Lewis d’une molécule s’établit en assemblant les schémas de Lewis des atomes. En général, un atome forme autant de liaisons qu’il a d’électrons célibataires.

4. Schéma de Lewis d’une molécule

Un atome engagé dans un ion porte une charge formelle s’il n’est pas entouré du même nombre d’électrons qu’à l’état isolé.

5. Lacune électronique

Une lacune électronique indique un déficit de deux électrons par rapport aux règles de stabilité. Elle est représentée par une case rectangulaire (▭) dans le schéma de Lewis.

II. La géométrie des édifices atomiques

La géométrie d’une molécule ou d’un ion polyatomique est celle dans laquelle les doublets d’électrons externes, liants et non liants, de chaque atome s’écartent au maximum les uns des autres.
Les molécules diatomiques sont toujours linéaires.
Le nombre de doublets entourant un atome central définit leur disposition générale : la figure comporte autant de sommet que de doublets. Autour d’un atome central, les sommets de la figure géométrique sont occupés par les atomes et/ou doublets non liants.


Pour un atome entouré de quatre doublets, on a par exemple :

III. Polarité d’une molécule

1. Électronégativité

L’électronégativité est une grandeur sans unité qui traduit l’aptitude d’un atome A d’attirer vers lui le doublet d’électrons qui le lie à un atome B. Elle est notée 𝜒.
L’atome le plus électronégatif est le fluor , F(𝜒 = 4, 0). Sur une même ligne, l’électronégativité augmente de la gauche vers la droite et sur une même colonne est augmente du bas vers le haut.

2. Polarité d’une liaison

Une liaison est polarisée si la différence d’électronégativité entre les deux atomes est supérieure à 0,4.
L’atome le plus éléctronégatif porte une charge partielle négative 𝛿 et l’autre atome porte une charge partielle positive 𝛿+.
Une flêche sur la liaison indique son sens de polarisation : elle est toujours dirigée de l’atome portant une charge partielle positive (𝛿+) vers l’atome portant une charge partielle négative (𝛿).

3. Polarité d’une molécule

Lorsqu’une molécule possède des liaisons polarisées, on place les charges partielles (𝛿+) et (𝛿). Le barycentre des charges électriques partielles positives est noté 𝐺+ et celui des charges partielles négatives est noté 𝐺-. Une molécules est polaire si elle possède des liaisons polarisées et si ses centres 𝐺+ et 𝐺 ne sont pas confondus. Sinon elle est apolaire.
Lorsqu’une molécule ne contient aucune liaison polarisée, elle est apolaire.

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