Polarité

Dans le chapitre sur les liaisons covalentes et datives, nous avons appris qu'une liaison covalente est une paire d'électrons partagée. Les orbitales électroniques extérieures de deux atomes se chevauchent et les électrons forment une paire, appelée paire de liaison. Dans une molécule telle que, la paire de liaison se trouve à mi-chemin entre chacun des atomes de chlore. Mais dans l'acide chlorhydrique, les électrons ne sont pas répartis de manière égale entre les deux atomes.

En fait, ils se trouvent plus près de l'atome de chlore. Les électrons étant négatifs, l'atome de chlore est donc partiellement chargé négativement. Nous pouvons représenter cela à l'aide du symbole \( \delta \) . De même, l'atome d'hydrogène est maintenant légèrement déficient en électrons, il est donc partiellement chargé positivement. Nous disons que la liaison Chlore-Hydrogène est polaire.

• Ce résumé de cours porte sur la polarité.
• Tout d'abord, nous allons définir la polarité.
• Ensuite, nous examinerons la polarité de l'eau, du méthane, du tétrachlorométhane, du dichlorométhane et des acides aminés.
• Nous explorerons l'ordre de polarité.
• Enfin, nous terminerons par la polarité des solvants.

Polarité : définition

La liaison a ce que l'on appelle un moment dipolaire.

Fig.1- La polarité de la liaison dans le HCl. L'hydrogène est partiellement chargé positivement et le chlore est partiellement chargé négativement.

La polarité en chimie

La polarité d'une liaison est déterminée par l'électronégativité de ses deux atomes.

L'électronégativité est symbolisée par le symbole χ. Un élément ayant une électronégativité élevée est vraiment capable d'attirer une paire d'électrons de liaison, tandis qu'un élément ayant une électronégativité faible ne l'est pas autant.

Lorsque deux atomes ayant des électronégativités différentes se lient par covalence, ils forment une liaison polaire. Imagine que tu joues à la corde avec ton ami. Un ruban rouge est noué au milieu de la corde et représente la paire d'électrons de liaison. Ton ami et toi tirez tous les deux sur la corde aussi fort que tu le peux. Si tu es aussi fort que l'autre, le ruban rouge ne bougera pas et aucun de toi ne gagnera la lutte à la corde. Cependant, si tu es beaucoup plus fort que ton ami, tu pourras progressivement tirer la corde vers toi, rapprochant ainsi le ruban rouge. Les électrons de liaison sont maintenant plus proches de toi que de ton ami. On peut dire que tu as une électronégativité plus grande que ton ami.

C'est ce qui se passe lorsque deux atomes d'électronégativité différente se lient. L'atome ayant la plus grande électronégativité attire la paire d'électrons de liaison vers lui et l'éloigne de l'autre atome. La liaison est maintenant polaire. L'élément ayant l'électronégativité la plus élevée est partiellement chargé négativement, tandis que l'autre élément est partiellement chargé positivement.

Polarité d'une molécule

La différence d'électronégativité entre deux atomes affecte le type de liaison formé entre eux :

• Si deux atomes ont une différence d'électronégativité supérieure à \( 1,7 \) , ils forment une liaison ionique.
• S'ils n'ont qu'une légère différence de \( 0,4 \) ou moins, ils forment une liaison covalente non polaire.
• S'ils ont une différence d'électronégativité comprise entre \( 0,4 \) et \( 1,7 \) , ils forment une liaison covalente polaire.

On peut voir cela comme une échelle mobile. Plus la différence d'électronégativité entre les deux atomes est grande, plus la liaison est ionique.

Par exemple, l'hydrogène a une électronégativité de \( 2,2 \) tandis que le chlore a une électronégativité de \( 3 \) . Comme nous l'avons vu plus haut, l'atome de chlore va attirer la paire d'électrons de liaison plus fortement que l'hydrogène et devenir partiellement chargé négativement. La différence entre les électronégativités des deux atomes est de \( 3,16 - 2,20 = 0,96 \) .

Ce chiffre est supérieur à \( 0,4 \) . La liaison est donc une liaison covalente polaire.

Fig.2- la différence d'électronégativité entre l'hydrogène et le chlore.

Polarité de l'eau

Dans le cas de l'eau, l'oxygène est beaucoup plus électronégatif que l'hydrogène. Cela signifie que l'oxygène attire la paire d'électrons liée qui se trouve dans chacune des liaisons oxygène hydrogène \( O-H \) vers lui et l'éloigne de l'hydrogène. L'hydrogène devient déficitaire en électrons et on dit que, globalement, la molécule est polaire.

Comme les électrons ont une charge négative, l'oxygène est maintenant légèrement chargé négativement et l'hydrogène légèrement chargé positivement. Nous représentons ces charges partielles par le symbole delta \( \delta \) .

Fig.3- La polarité de l'eau.

Polarité du méthane

Le méthane est constitué d'un atome de carbone relié à quatre atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes simples. Bien qu'il y ait une légère différence d'électronégativités entre les deux éléments, nous disons que la liaison est non polaire. En effet, la différence d'électronégativité est inférieure à \( 0,4 \) . La différence est si faible qu'elle est insignifiante. Il n'y a pas de dipôle et le méthane est donc une molécule non polaire.

Fig.4- méthane

Les électronégativités du carbone et de l'hydrogène sont suffisamment similaires pour que nous puissions dire que la liaison \( C-H \) du méthane est non polaire - elle ne présente aucune polarité.

Les liaisons polaires ont tendance à produire des molécules polaires. Cependant, il est également possible d'obtenir des molécules non polaires avec des liaisons polaires si la molécule est symétrique. Prenons l'exemple du tétrachlorométhane, par exemple.

Sa structure est similaire à celle du méthane, mais l'atome de carbone est relié à quatre atomes de chlore au lieu de l'hydrogène. La liaison \( C-Cl \) est polaire et possède un moment dipolaire. On pourrait donc s'attendre à ce que la molécule entière soit polaire. Cependant, comme la molécule est un tétraèdre symétrique, les moments dipolaires agissent dans des directions opposées et s'annulent mutuellement.

Fig.5- Le tétrachlorométhane.

Le tétrachlorométhane est une molécule symétrique, ses moments dipolaires s'annulent donc.

Dichlorométhane polaire ou apolaire ?

Dans le cas du dichlorométhane \( (CH_2Cl_2) \) , les atomes de chlore sont plus électronégatifs que l'atome de carbone, le partage n'est pas égal.

Fig.6- la répartition des paires de liaisons est asymétrique ce qui rend la molécule de dichlorométhane CH₂Cl₂ est une molécule polaire.

Puisque la répartition des paires de liaisons est asymétrique, il se crée un moment dipolaire dans le dichlorométhane. Par conséquent, le dichlorométhane \( CH_2Cl_2 \) est une molécule polaire.

Le dichlorométhane est un solvant intermédiaire car il possède un excellent pouvoir solubilisant pour plusieurs molécules.

Polarité des acides aminés

La polarité d’un acide aminé dépend de la structure de ses chaînes latérales. La molécule sera plus polaire si la différence d’électronégativité entre les atomes est plus grande. Par exemple, les ramifications alcanes et les anneaux benzène sont considérés comme non polaires, mais les alcools et les amines sont polaires.

Les acides aminés sont classés selon :

• Charge (positive ou négative)
• pH (acide ou basique)
• Solubilité (polaire ou non polaire)

Les acides aminés sont solubles dans les solvants polaires comme l'eau, mais insolubles dans les solvants non polaires comme les alcanes. Une fois encore, c'est parce qu'ils forment des zwitterions. Il existe de fortes attractions entre les molécules de solvant polaire et les zwitterions ioniques, qui sont capables de surmonter l'attraction ionique qui maintient les zwitterions ensemble dans un réseau.

En revanche, les faibles attractions entre les molécules de solvant non polaire et les zwitterions ne sont pas assez fortes pour séparer le réseau. Les acides aminés sont donc insolubles dans les solvants non polaires.

Ordre de polarité

En nous basant sur les électronégativités, nous pouvons déterminer si une liaison donnée sera non polaire, polaire covalente ou ionique. Plus la différence d'électronégativité est grande, plus la liaison est polaire.

Polarité des solvants

Les solvants polaires peuvent être classés en deux catégories : les solvants protiques et les solvants aprotiques.

• Les solvants protiques (eau, méthanol, éthanol, etc.) sont des donneurs de protons potentiels \( H^+ \) , dissolvent les anions par des liaisons hydrogène ;
• Tandis que les solvants aprotiques (DMSO, DMF, acétone, etc.) ne sont pas donneurs de \( H^+ \) ,ils dissolvent les cations par des moments dipolaires.

Tous les solvants non polaires sont aprotiques.