Se connecter Inscris-toi gratuitement !
L'appli tout-en-un pour réviser
4.8 • +11k évaluations
Plus de 3 millions de téléchargements
Télécharger
|
|

All-in-one learning app

  • Flashcards
  • NotesNotes
  • ExplanationsExplanations
  • Study Planner
  • Textbook solutions
Start studying

Géométrie des molécules

L'eau H2O et le dioxyde de carbone CO2 sont tous deux des molécules triatomiques. Leurs similitudes vont encore plus loin : elles sont toutes deux partiellement formées d'oxygène et contiennent toutes deux des liaisons covalentes. Cependant, leurs molécules ont une forme très différente. Alors que les atomes du dioxyde de carbone sont maintenus en ligne droite, l'eau est une molécule courbée. Pour en comprendre la raison, nous devons nous pencher sur la répulsion des paires d'électrons, la VSEPR.

Hybridation et géométrie des molécules

Dans la représentation de Lewis, la liaison covalente est définie par un doublet d'électrons partagé entre les deux atomes liés. Ces électrons appartiennent aux couches de valence des atomes car seuls les électrons de ces couches contribuent à la formation des liaisons.

La forme de certaines molécules poly atomiques, déterminée expérimentalement, ne correspond pas à celle prédite à partir de la superposition des orbitales atomiques.

Pour la molécule H2O, on découvre expérimentalement que les deux liaisons sont parfaitement identiques et forment un angle de 104,5°.

Géométrie des molécules, Boule et bâton de molécules d'eau, StudySmarterfig. 1 : Boule et bâton de molécules d'eau.png, Wikimedia Commons

ou à partir des configurations électroniques des deux atomes H et O.

H : 1s1

O : 1s2 2s2 2p4

Le recouvrement conduisant à cette molécule, doit avoir lieu entre l'orbitale 1s de chaque atome H et une orbitale 2p de l'atome o. Ceci devrait conduire à un angle entre les deux liaisons égal à 90°.

Les orbitales hybrides sont des orbitales atomiques qui résultent de la combinaison de plusieurs orbitales atomiques pures dans un atome donné.

Il faut noter que

  • l'hybridation concerne généralement les orbitales atomiques de valence.
  • Le nombre d'orbitales hybrides formées est égal au nombre d'orbitales atomiques combinées (ou hybrides).
  • Les orbitales hybrides sont identiques, mais elles ont des sens différents.
  • Les orbitales hybrides donnent toujours des orbitales de liaison sigma (σ) par recouvrement axial.

Trois types d'hybridation des orbitales atomiques s et p seront exposés : hybridation sp3, sp2 et sp.

Hybridation sp3

La combinaison d'une orbitale s et de trois orbitales p (px, py et pz) donne quatre orbitales hybrides identiques appelées chacune sp3. Leurs axes sont orientés vers les quatre sommets d'un tétraèdre régulier et forment entre eux des angles de 109,5°.

Hybridation sp2

La combinaison d'une orbitale s et de deux orbitales p ( py et pz par exemple) donne trois orbitales hybrides identiques appelées chacune sp2. Leurs axes sont orientés vers les trois sommets d'un triangle équilatéral et forment entre eux des angles de 120°.

Hybridation sp

La combinaison d'une orbitale s et d'une orbitale p (par exemple py) donne deux orbitales identiques appelées chacune sp. Leurs axes sont combinés et forment entre eux un angle de 180°.

Géométrie des molécules VSEPR

La théorie de la répulsion des paires d'électrons de la couche de Valence, ou VSEPR, est un modèle utilisé en chimie pour prédire la forme des molécules.

Il faut savoir que les électrons ont tendance à se déplacer par paires. En effet, les orbitales, qui sont des régions de l'espace où se trouvent les électrons dans 95 % des cas, ne peuvent contenir que deux électrons au maximum. Les électrons étant des particules chargées, les paires d'électrons se repoussent mutuellement et essaient de s'éloigner le plus possible les unes des autres. La couche externe d'électrons d'un atome est appelée couche de valence. Comme les électrons de valence d'une molécule covalente simple sont les électrons liés, la répulsion des paires d'électrons détermine la position des liaisons. Cela détermine la forme de la molécule.

VSEPR affirme que les paires d'électrons se repoussent toutes et tentent de prendre des positions aussi éloignées que possible les unes des autres, afin de minimiser la répulsion. Il utilise simplement notre connaissance du comportement des électrons pour prédire la forme des composés covalents simples. Consulte la rubrique Liaison covalente et liaison dative pour te rappeler comment les atomes partagent les électrons afin d'obtenir des configurations électroniques stables.

Géométrie des molécules en 3D

Avant d'examiner des exemples de structures covalentes, nous devons apprendre comment les représenter. Tu te souviens peut-être que nous pouvons dessiner les liaisons covalentes comme une ligne entre deux atomes. Cela donne une image simple des molécules. Cependant, si nous voulons mieux montrer la forme 3D d'une molécule, nous pouvons utiliser des lignes triangulaires et des pointillés.

  • Les lignes triangulaires montrent une liaison qui sort de l'écran ou de la page vers toi.
  • Les lignes pointillées ou en tirets montrent une liaison qui entre dans l'écran ou la page en s'éloignant de toi.
  • Les paires d'électrons solitaires sont représentées par des points.
  • Toute ligne droite standard indique simplement une liaison plane.

La molécule de méthane en est un bon exemple :

Géométrie des molécules, méthane, StudySmarter

fig. 2 Une molécule de méthane, CH4. La liaison triangulaire centrale dépasse de l'écran tandis que la liaison en pointillé de droite s'étend vers l'arrière. commons.wikimedia.org

Géométrie des molécules : angles

Si toutes les paires d'électrons de valence d'un atome sont liées, elles vont toutes se repousser mutuellement. Les liaisons sont donc espacées de la même manière. Le nombre de paires d'électrons liés affecte la forme de la molécule et l'angle entre les paires de liaison.

Examinons quelques-unes des formes les plus courantes. Toutefois, il faut garder à l'esprit que ces règles ne s'appliquent qu'aux molécules sans paires d'électrons solitaires. Les paires d'électrons solitaires sont des paires non partagées qui ne sont pas liées par covalence. Nous étudierons leur effet plus en détail ultérieurement.

Linéaire

Si une molécule ne possède que deux paires d'électrons liés (et aucune paire isolée), elle forme une molécule linéaire. L'exemple le plus simple est le chlorure de béryllium,BeCl2 . Bien que le béryllium soit un métal, il peut se lier de manière covalente au chlore. Le béryllium ne possède que deux électrons dans sa couche de valence et forme donc deux liaisons. Les paires d'électrons se repoussent de manière égale, ce qui donne un angle de 180° entre les deux liaisons.

Géométrie des molécules , Chlorure de béryllium , StudySmarterFig. 3- Chlorure de béryllium. Chacun des électrons de valence du béryllium forme une liaison covalente avec un atome de chlore. L'angle entre les liaisons autour de l'atome central de béryllium est de 180 °

Plane trigonale

Les molécules comportant trois paires d'électrons liées sont dites planes trigonales. Cela s'explique par le fait que l'angle de liaison entre chaque liaison est de 120° et que les liaisons sont donc à plat sur un plan. On peut empiler les molécules les unes sur les autres comme des feuilles de papier. Le trifluorure de bore BF3 en est un exemple.

  Géométrie des molécules, trifluorure de bore plan trigonal, StudySmarterFig. 4-Trifluorure de Bore.

Tétraédrique

Les molécules avec quatre paires d'électrons liées et sans paires solitaires forment une forme tétraédrique. Il s'agit d'une pyramide régulière à base de triangles. Tous les angles de liaison sont de 109,5°. Par exemple, le carbone du méthane (CH4) possède quatre électrons de valence, et chaque électron fait partie d'une paire liée de manière covalente à un atome d'hydrogène. Il s'agit d'une molécule tétraédrique.

Geometries des molécules, méthane tétraédrique, StudySmarterFig. 5- Méthane.

Bipyramide trigonal

Les molécules comportant cinq paires d'électrons liées forment une bipyramide trigonale. Cette forme est similaire à celle d'une molécule plane trigonale mais avec deux liaisons supplémentaires maintenues à 90° s'étendant au-dessus et au-dessous du plan. Le pentachlorure de phosphore(V) en est un bon exemple.

 Géométrie des molécules, pentachlorure de phosphore(V) bipyramide trigonal, StudySmarterFig. 6- Pentachlorure de Phosphore (V)

Dans la molécule de Pentachlorure de phosphore (V) :Trois liaisons planes ont des angles de 120° entre elles, tandis que deux autres liaisons sont maintenues à angle droit par rapport au plan.

Octaèdre

Si une molécule possède six paires de liaisons autour d'un atome central, elle forme une structure octaédrique. Toutes les liaisons sont à angle droit les unes par rapport aux autres, comme le montre l'hexafluorure de soufre.

 Géométrie des molécules, hexafluorure de soufre octaédrique, StudySmarterHexachlorure de soufre.

La molécule d'hexafluorure de soufre a six paires d'électrons liées. Tous les angles de liaison sont de 90°.

Paires d'électrons non-liants

Tous les exemples ci-dessus utilisent des molécules qui ne possèdent pas de paires d'électrons solitaires. Tous leurs électrons de valence sont liés. Mais que se passe-t-il si une molécule possède une paire isolée ? Prenons l'exemple d'une molécule possédant quatre paires d'électrons.

Nous savons maintenant que si tous les électrons font partie de paires de liaison, la molécule sera tétraédrique et aura des angles de liaison de 109,5°. Cependant, si l'une des paires d'électrons est en fait une paire solitaire, les angles de liaison sont réduits à 107°. Cela s'explique par le fait que les paires solitaires se repoussent plus fortement que les paires partagées, ce qui comprime les liaisons. Chaque paire d'électrons solitaires dans une molécule comportant huit électrons de valence réduit l'angle de liaison de 2,5°. Ainsi, une molécule comportant deux paires de liaison et deux paires solitaires aura un angle de liaison de 104,5°. Le tableau suivant montre la force relative de répulsion entre les combinaisons de paires d'électrons liés et solitaires.

  Géométrie des molécules, répulsion des paires d'électrons solitaires, StudySmarterFig. 8: Tableau comparant la force de répulsion entre les paires d'électrons liés et solitaires. Originaux de StudySmarter

Examinons maintenant les formes formées par les molécules avec des paires d'électrons solitaires.

Pyramide

Une molécule comportant trois paires d'électrons liés et une paire d'électrons solitaires autour d'un atome central présente un angle de 107° entre chaque liaison. L'ammoniac NH3 en est un exemple. L'atome d'azote contient cinq électrons de valence. Trois sont liés de manière covalente à des atomes d'hydrogène et les deux autres forment un couple d'électrons solitaires. Cette paire solitaire repousse les paires de liaison plus fortement que les paires de liaison ne se repoussent entre elles, ce qui réduit l'angle de liaison et forme une molécule pyramidale.

  Géométrie des molécules, ammoniac pyramidal, StudySmarterFig. 9- La molécule d'ammoniac.

Dans la molécule d'ammoniac, l'angle de liaison est réduit de 2,5°.

En forme de V

L'angle de liaison d'une molécule comportant deux paires non-liantes et deux paires liantes est encore réduit à 104,5°. Cela forme une molécule en forme de V, comme l'eau, H2O .

Géométrie des molécules , eau en forme de V, StudySmarterFig. 10- Une molécule d'eau en forme de V.

Tableau : géométrie des molécules

Le diagramme suivant résume les différentes formes des molécules.

NomAngle de liaisonExempleDiagramme

Linéaire

180° BeCl2

 Géométrie des molécules, chlorure de béryllium linéaire, StudySmarter

Plane trigonale

120° BF3

 Géométrie des molécules, trifluorure de bore plan trigonal, StudySmarter

Tétraédrique

109.5° CH4

 Géométrie des molécules, méthane tétraédrique, StudySmarter

Pyramide

107.5° NH3

 Géométrie des molécules, ammoniac pyramidal, StudySmarter

En forme de V

104.5° H2O

 Géométrie des molécules, eau en forme de V, StudySmarter

Bipyramide trigonal

90° ou 120° PCL5

 Géométrie des molécules, pentachlorure de phosphore(V) bipyramide trigonal, StudySmarter

Octaèdre

90° SF6

 Géométrie des molécules, hexafluorure de soufre octaédrique, StudySmarter

Un tableau résumant les formes de différentes molécules.

Géométrie des molécules: application

Revenons à nos molécules d'origine, l'eau et le dioxyde de carbone. Nous avons déjà découvert que l'eau a une structure en forme de V en raison de l'effet de ses paires d'électrons solitaires sur les paires de liaison. Mais quelle est la forme du dioxyde de carbone ?

En dessinant un diagramme en croix, nous pouvons voir que le dioxyde de carbone, , possède deux doubles liaisons. Ces doubles liaisons peuvent être considérées comme des unités uniques en termes de forme. Comme les paires d'électrons des liaisons simples, ces groupes de quatre électrons voudront être aussi éloignés que possible les uns des autres. Cela forme une molécule linéaire avec un angle de liaison de 180°.

 Géométrie des molécules, dioxyde de carbone, StudySmarterFig. 12- Le dioxyde de carbone.

Bien que le dioxyde de carbone contienne quatre paires d'électrons de liaison, les paires sont disposées comme deux doubles liaisons. Chaque double liaison est considérée comme une seule unité, la molécule est donc linéaire.

Un autre exemple est le tétrafluorure de xénon,XeF4 . Le xénon contient huit électrons dans sa couche de valence. Quatre forment des liaisons avec les atomes de fluor et quatre restent sous forme de deux paires solitaires. Cela forme ce que l'on appelle un arrangement plan carré, avec les paires solitaires à 180° l'une de l'autre, et l'angle entre les paires de liaison à 90°. Il faut noter sa similitude avec un arrangement octaédrique.

 Géométrie des molécules, tétrafluorure de xénon plan carré, StudySmarterFig. 12- Tétrafluorure de xénon.

Dans la molécule de Tétrafluorure de xénon, Les paires d'électrons solitaires sont positionnées au-dessus et au-dessous du plan.

Géométrie des molécules - Points clés

  • La théorie VSEPR, également connue sous le nom de théorie de la répulsion des paires d'électrons de couche de valence, stipule que les paires d'électrons se repoussent mutuellement et tentent de prendre des positions aussi éloignées que possible les unes des autres, afin de minimiser la répulsion. Cela influence la forme des molécules.
  • Tu peux utiliser des lignes droites pour représenter les liaisons covalentes. Les lignes cunéiformes montrent une liaison qui dépasse de la page et les lignes pointillées ou en pointillés montrent une liaison qui s'étend vers l'arrière.
  • Les paires d'électrons solitaires se repoussent plus fortement que les paires de liaison. Chaque paire isolée réduit l'angle de liaison de 2,5° dans les molécules à quatre paires d'électrons.
  • Les formes courantes de molécules sans paires d'électrons solitaires sont les suivantes : linéaire, trigonal planaire, tétraédrique, trigonal bipyramidal et octaédrique.
  • Les formes courantes de molécules avec paires d'électrons solitaires sont pyramidales et en forme de V.

References

  1. fig. 1 - Boule et bâton de molécules d'eau by https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:MsKDinh&action=edit&redlink=1 is licensed by https://creativecommons.org/share-your-work/licensing-considerations/compatible-licenses

Questions fréquemment posées en Géométrie des molécules

La géométrie des molécules  est l'arrangement 3D des atomes dans une molécule.

On connait la géométrie d'une molécule en utilisant la méthode de VSEPR. Notant que la géométrie d'une molécule dépend du nombre et du type de doublets électroniques, liants et non liants, autour de son atome central.  

La géométrie des molécules est importante pour étudier les réactions chimiques, surtout en chimie organique.


 Une molécule est constituée d'un groupe de deux atomes ou plus.

La structure de la molécule est La disposition des atomes, les uns par rapport aux autres dans une molécule, de même que le nombre et la position des liaisons chimiques.

Questionnaire final de Géométrie des molécules

Question

Peut-on appliquer la théorie VSEPR à un seul domaine électronique ?

Montrer la réponse

Réponse

Non

Montrer la question

Question

Que signifie VSEPR ?


Montrer la réponse

Réponse

Théorie de la répulsion des paires d'électrons de la couche de Valence.

Montrer la question

Question

Que dit VSEPR ?


Montrer la réponse

Réponse

  • Les paires d'électrons se repoussent mutuellement.
  • Les paires d'électrons essaient de prendre des positions aussi éloignées que possible les unes des autres, afin de minimiser la répulsion.


Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'un électron de valence ?

Montrer la réponse

Réponse

Un électron de la couche interne.

Montrer la question

Question

Comment dessiner un lien s'étendant vers l'avant hors de la page/de l'écran ?

Montrer la réponse

Réponse

Avec une ligne décalée.

Montrer la question

Question

Comment dessiner un lien s'étendant vers l'arrière de la page/écran ?

Montrer la réponse

Réponse

Avec une ligne en pointillés.



Montrer la question

Question

Nomme les formes formées par les molécules ayant le nombre suivant de paires d'électrons liés. Suppose qu'elles n'ont pas de paires solitaires (non partagées).

a.2

b.3

c.4

d.5

e.6


Montrer la réponse

Réponse

1.Linéaire.

2.Planaire trigonal.

3.Tétraédrique.

4.Bipyramidal trigonal.

5.Octaédrique.


Montrer la question

Question

 Donne les angles de liaison trouvés dans les molécules avec les nombres suivants de paires d'électrons liées. Suppose que les molécules n'ont pas de paires non liées.


a.2

b.3

c.4

d.5

e.6

Montrer la réponse

Réponse



  1. 180°
  2. 120°
  3. 109.5°
  4. 120° et 90°.
  5. 90



Montrer la question

Question

Une molécule possède quatre paires d'électrons de liaison. Explique l'effet sur l'angle de liaison si l'une des paires est une paire non liée.


Montrer la réponse

Réponse

L'angle de liaison sera réduit de 2,5°. Cela s'explique par le fait que les paires non liées se repoussent plus fortement que les paires de liaison et que les paires de liaison sont donc plus proches les unes des autres.

Montrer la question

Question

Chaque paire d'électrons non liée réduit l'angle de liaison de _______ .

Montrer la réponse

Réponse

2


Montrer la question

Question

Nomme la forme d'une molécule ayant trois paires liées et une paire non liée.


Montrer la réponse

Réponse

Pyramidale

Montrer la question

Question

Nomme la forme d'une molécule avec deux paires liées et deux paires non liées.

Montrer la réponse

Réponse

Forme de V

Montrer la question

Question

Prédis la forme de NF3.

Montrer la réponse

Réponse

Pyramidale

Montrer la question

Question

Explique pourquoi la forme de BF3 est différente de celle de NF3.

Montrer la réponse

Réponse

BF3: possède trois paires d'électrons liées et aucune paire non liée, ce qui en fait une molécule planaire trigonale avec des angles de liaison de 120°.


NF3: possède trois paires d'électrons de liaison et une paire non liée, ce qui repousse plus fortement les paires d'électrons non liées et réduit l'angle de liaison à 107°.

Montrer la question

Question

Prédis l'angle de liaison dans le dichlorure de soufre, SCl2 .

Montrer la réponse

Réponse

104.5° 

Montrer la question

AUTRES THÈMES EN Géométrie des molécules
60%

des utilisateurs ne réussissent pas le test de Géométrie des molécules ! Réussirez-vous le test ?

lancer le quiz

Complète tes cours avec des thèmes et sous-thèmes disponibles pour chaque matière!

Inscris-toi gratuitement et commence à réviser !