Lorsque nous dessinons des espèces chimiques, nous voulons souvent connaître la disposition de leurs électrons de valence. Après tout, le nombre d'électrons de valence détermine souvent les propriétés d'une espèce et la façon dont elle réagit. Mais dessiner toutes les couches d'électrons peut devenir fastidieux et compliqué, surtout pour les grosses molécules.
Nous utilisons plutôt des dessins appelés schémas de Lewis.
- Ce résumé de cours porte sur le schéma de Lewis en chimie.
- Nous commencerons par voir ce que sont les schémas de Lewis et les électrons valence avant de nous intéresser à quelques exemples courants.
- Nous apprendrons ensuite comment dessiner les schémas de Lewis.
- Enfin, nous examinerons l'importance des schémas de Lewis.
C'est quoi un schéma de Lewis ?
Nous t'avons présenté ci-dessus l'idée d'un schéma de Lewis : une représentation simplifiée des électrons de valence d'une molécule.
Les schémas de Lewis sont également connus sous le nom de structures de Lewis, représentation de Lewis ou structures de points d'électrons.
Ne t'inquiète pas si tu vois l'un ou l'autre de ces termes circuler : ils signifient tous la même chose !
Un schéma de Lewis est une représentation simplifiée des électrons de valence d'une molécule.
Schéma de Lewis : Explication
Les schémas de Lewis montrent les atomes d'une molécule, qu'il s'agisse d'un composé neutre ou d'un ion chargé. Ils indiquent également le nombre, la position et la disposition des électrons de valence des atomes, en supposant que toutes les enveloppes électroniques internes sont complètes.
- Les électrons sont représentés par des points. Deux points côte à côte représentent une paire d'électrons non liée.
- Les paires d'électrons liées sont représentées par des lignes, ce qui signifie une liaison covalente. Une ligne simple représente une liaison covalente simple avec une seule paire d'électrons liés, tandis que deux lignes représentent une liaison covalente double avec deux paires d'électrons liés.
- Les schémas de Lewis sont basés sur la règle de l'octet. Les atomes sont les plus stables lorsqu'ils ont des couches extérieures pleines et la règle de l'octet stipule que pour la plupart des atomes, cela se produit lorsqu'ils ont huit électrons de valence.
- Les électrons sont généralement répartis uniformément sur les quatre côtés de l'atome, à raison de deux par côté.
Électrons de valence
Les électrons de valence sont les électrons de la couche externe d'un atome. Ces électrons externes forment les liaisons entre les atomes. Si tu veux en savoir plus sur les électrons de valence, n'hésite pas à consulter le résumé de cours à ce sujet.
Plus précisément, ils montrent toutes les paires d'électrons liées ou non liées.
Formule de Lewis
Tu veux voir les formules de Lewis en pratique ? Voyons maintenant quelques exemples.
Schéma de Lewis du carbone
Nous pouvons également dessiner des schémas de Lewis pour les atomes non combinés qui n'ont pas encore formé de molécule. Le carbone en est un exemple. Voici son schéma de Lewis :
Fig.1- Un schéma de Lewis pour le carbone.
Dessiner des schémas de Lewis pour des molécules simples comme l'oxygène ou le méthane est assez simple. Cependant, cela peut devenir un peu plus délicat pour les molécules plus complexes et il existe donc une procédure à suivre. Dans la section suivante, nous examinerons des exemples plus complexes de dessin de schémas de Lewis.
Schéma de Lewis du dioxygène
Une molécule d'oxygène est constituée de deux atomes d'oxygène, reliés par une double liaison covalente. Chaque atome d'oxygène possède également deux paires d'électrons non liées. Tu peux le voir dans le schéma de Lewis ci-dessous.
Fig.2- Un diagramme de Lewis pour une molécule d'oxygène.
Combien d'électrons de valence possède chaque atome d'oxygène ? Si tu les comptes, tu verras que chaque atome d'oxygène possède quatre électrons provenant de ses deux paires non liées et quatre électrons provenant de sa double liaison covalente. Cela donne un total de huit électrons de valence. Cette molécule d'oxygène satisfait donc à la règle de l'octet.
Schéma de Lewis du CO2
Ensuite, le dioxyde de carbone, \( CO_2 \) . Cette molécule est constituée de deux atomes d'oxygène reliés à un atome de carbone central par des liaisons covalentes doubles. Là encore, chaque atome d'oxygène possède également deux paires d'électrons non liées.
Fig.3- Un schéma de Lewis pour le dioxyde de carbone.
En comptant les électrons, nous pouvons voir que les deux atomes d'oxygène ont quatre électrons provenant de leurs deux paires non liantes, et quatre électrons provenant de leur double liaison covalente. Cela donne un total de huit électrons de valence. L'atome de carbone n'a pas de paires non liantes mais présente deux doubles liaisons. Chaque double liaison fournit quatre électrons, et le carbone possède donc également huit électrons de valence.
Schéma de Lewis de l'eau
Examinons maintenant le diagramme de Lewis pour l'eau, \( H_2O \) .
Fig.4- Schéma de Lewis de l'eau
Remarque : chaque atome d'hydrogène ne possède que deux électrons de valence, provenant tous deux de la liaison covalente qu'il partage avec l'oxygène. Cependant, ils ont toujours des couches extérieures pleines. L'hydrogène est l'une des exceptions à la règle de l'octet, car il n'a besoin que de deux électrons de valence pour être le plus stable possible.
Schéma de Lewis du méthane
Voici un autre exemple : le diagramme en points de Lewis du méthane, \( CH_4 \) .
Fig.5- Schéma de Lewis pour le méthane.
Schéma de Lewis du méthanol
Dessine un schéma de Lewis pour du méthanol, \( CH_3OH \)
Fig.6- Schéma de Lewis pour le méthanol.
Structure de Lewis : molécules
Maintenant que tu sais ce qu'est un schéma de Lewis et ce que chaque partie représente, entraîne-toi à dessiner des molécules plus complexes. Voici les étapes que tu dois suivre. Ne t'inquiète pas si ces étapes te semblent longues, nous allons les décomposer pour toi.
- Utilise la formule chimique de la molécule et un tableau périodique pour déterminer le nombre total d'électrons de valence de la molécule. Ce chiffre te servira à additionner les électrons par la suite.
- Dessine la position approximative des atomes dans la molécule. N'oublie pas que les molécules doivent être symétriques, ce qui devrait t'aider à déterminer l'atome central et les atomes extérieurs.
- Relie les atomes à l'aide de liaisons covalentes simples, en les représentant par des lignes droites.
- Ajoute des paires d'électrons aux atomes extérieurs jusqu'à ce qu'ils aient tous une enveloppe extérieure complète d'électrons. Cela signifie généralement qu'ils ont besoin de huit électrons, mais il y a des exceptions. N'oublie pas de compter toute liaison comme une paire d'électrons.
- Compte le nombre total d'électrons que tu as ajoutés à ta molécule et soustrais-le du nombre d'électrons de valence de la molécule que tu as calculé précédemment. Tu obtiendras ainsi le nombre d'électrons restants. Une fois encore, n'oublie pas de compter les liaisons comme des paires d'électrons.
- Ajoute tous les électrons restants à l'atome central.
- Avec un peu de chance, l'atome central devrait maintenant avoir une enveloppe extérieure complète d'électrons. Si ce n'est pas le cas, utilise certaines des paires d'électrons non liées des atomes extérieurs pour former des liaisons covalentes doubles avec l'atome central, jusqu'à ce que tous les atomes aient une enveloppe extérieure complète.
Cela te semble difficile ? Nous allons commencer par une molécule de base. Voyons maintenant un exemple.
Schéma de Lewis: Ammoniac
Dessine un schéma de Lewis pour l'ammoniac, \( NH_3 \) .
- Tout d'abord, nous devons déterminer le nombre d'électrons de valence dans cette molécule, l'ammoniac ;
- Nous pouvons le faire en regardant le tableau périodique. L'azote fait partie du groupe V et possède donc cinq électrons de valence ;
- L'hydrogène fait partie du groupe I et possède donc un électron de valence ;
- Le nombre total d'électrons de valence est donc de \( 5+3(1)=8 \) ;
- Ensuite, dessine la position approximative des atomes dans la molécule ;
- Dans ce cas, l'atome central est l'azote, et il est entouré par les trois atomes d'hydrogène ;
- Ajoute une liaison entre l'azote et chaque atome d'hydrogène, comme suit.
Fig.7- L'ammoniac.
Ensuite, ajoute des électrons aux atomes extérieurs jusqu'à ce qu'ils aient tous une enveloppe extérieure pleine.
Tu dois savoir que l'hydrogène ne peut avoir que deux électrons dans sa couche la plus externe. Ici, chaque atome d'hydrogène possède déjà deux électrons, à savoir la paire liée partagée avec l'azote.
Nous n'avons donc pas besoin d'ajouter d'autres électrons à l'un des atomes d'hydrogène.
Nous pouvons passer à l'étape suivante : ajouter les électrons restants à l'atome central, l'azote.
Tout d'abord, compte le nombre d'électrons que tu as déjà ajoutés à la structure. Ici, nous avons ajouté trois paires de liaisons, et nous avons donc déjà ajouté \( 3(2) = 6 \) électrons.
Nous avons calculé précédemment que l'ammoniac possède huit électrons de valence. Il nous reste donc à ajouter \( 8-6=2 \) électrons.
Nous les ajoutons à l'atome central, l'azote, sous la forme d'une paire non liée.
Fig.8- L'ammoniac.
Comptons les électrons autour de l'azote. Il possède trois paires de liaison et une paire non liée, ce qui lui donne \( 3(2) +2 = 8 \) électrons.
Il a donc une couche extérieure complète - nous n'avons pas besoin de former d'autres liaisons covalentes. Notre diagramme de Lewis est complet.
Voici un exemple un peu plus difficile que tu peux essayer.
Schéma de Lewis de l'ion carbonate
Dessine un schéma de Lewis pour l'ion carbonate, \( CO_3^{2-} \) .
Tout d'abord, comptons le nombre d'électrons de valence. Le carbone est dans le groupe \( IV \) , ce qui lui donne quatre électrons de valence. L'oxygène est dans le groupe \( VI \) , ce qui lui donne six électrons de valence. Cependant, il s'agit d'un ion négatif avec une charge de \( 2- \) . Il possède donc deux électrons supplémentaires. Cela signifie que le nombre total d'électrons de valence est de \( 4+ 3(6) +2 = 24 \).
Dessine ensuite les différents atomes. Cette molécule est constituée d'un atome de carbone entouré de trois atomes d'oxygène. Ajoute les liaisons entre chaque atome d'oxygène et l'atome de carbone, et tu devrais obtenir quelque chose comme ceci :
Fig.9- L'ion carbonate.
Ensuite, ajoute des électrons aux atomes extérieurs jusqu'à ce qu'ils aient tous une enveloppe extérieure pleine. Chaque atome d'oxygène possède déjà deux électrons dans sa couche extérieure, grâce à la paire de liaisons qu'il partage avec le carbone, il suffit donc d'en ajouter six à chacun.
Fig.10- L'ion carbonate.
Compte le nombre total d'électrons que tu as déjà ajoutés. Ici, nous avons trois paires de liaison et neuf paires non liées, ce qui nous donne \( 3(2) + 9(2)=24 \) électrons. Nous savons que l'ion carbonate ne possède que \( 24 \) électrons de valence. Par conséquent, nous ne pouvons pas en ajouter à l'atome central, le carbone. Mais en observant cet atome de carbone, nous pouvons voir qu'il n'a pas une enveloppe extérieure complète : il n'a que six électrons de valence, alors qu'il en faudrait huit dans l'idéal. Pour résoudre ce problème, nous utilisons une paire d'électrons non liée de l'un des atomes d'oxygène pour former une autre paire liée, créant ainsi une double liaison entre le carbone et l'oxygène.
Tous les atomes ont maintenant des couches extérieures pleines. Il ne reste qu'une dernière chose à faire : n'oublie pas d'ajouter des symboles de charge à la molécule, pour montrer qu'il s'agit d'un ion \( 2 \) !
Voici ton schéma de Lewis final.
Fig.11- L'ion carbonate.
Géométrie des molécules
Jusqu'à présent, nous avons découvert ce que sont les schémas de Lewis et nous avons examiné quelques exemples de molécules simples. Nous avons également essayé de dessiner des schémas de Lewis pour des molécules plus complexes. Mais pourquoi devons-nous savoir comment faire cela, et pourquoi les diagrammes de Lewis sont-ils importants ?
Les schémas de Lewis nous indiquent le nombre et le type d'électrons de valence de chaque atome d'une molécule. Avec un schéma de Lewis, nous pouvons clairement voir combien de paires d'électrons non liants et de paires d'électrons liés possède un atome, et si ceux-ci font partie d'une liaison simple, double ou triple. La connaissance de la disposition des électrons de valence d'une molécule est utile pour plusieurs raisons.
- Tout d'abord, cela nous permet de prédire sa forme, ainsi que l'angle entre les liaisons éventuelles. Cela nous permet également de prévoir la longueur des liaisons. C'est ce qu'on appelle la géométrie moléculaire.
- Deuxièmement, elle nous aide également à prévoir comment la molécule réagit, ainsi que ses propriétés.
La géométrie des molécules est basée sur la théorie VSEPR et concerne le nombre de paires d'électrons non liées et liés d'un atome. Tu peux en savoir plus sur la "VSEPR".
C'est tout pour cet article. Tu devrais maintenant être capable d'interpréter et de dessiner des schémas de Lewis pour une grande variété d'espèces différentes, et d'expliquer l'importance des schémas de Lewis.
Schéma de Lewis - points clés
- Les schémas de Lewis sont des représentations simplifiées des électrons de valence des atomes composant une molécule.
- Ils montrent les atomes, les électrons de valence et les liaisons de la molécule.
- Les schémas de Lewis sont basés sur la règle de l'octet. Les électrons sont représentés par des points et les liaisons covalentes par des lignes.
- Les schémas de Lewis sont importants car ils nous aident à prédire la géométrie des molécules.
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