Chapitre 3 :
I.
Définition :
Une molécule est constituée d’un
assemblage d’atomes. Elle est électriquement neutre. Chaque molécule est
représentée par une formule brute qui traduit sa composition.
Pour
écrire la formule brute d’une molécule, on écrit côte à côte les symboles des
atomes qui la constituent, en précisant en indice, à droite du symbole le
nombre d’atomes.
Exemples : molécule d’eau H2O
® 2 atomes d’hydrogène et 1 atome
d’oxygène
molécule de méthane CH4 ® 1 atomes de carbone et 4 atomes d’hydrogène
La liaison
covalente :
Dans
une molécule, les atomes mettent en commun des électrons de leur couche externe
afin d’acquérir une structure stable en duet ou en octet.
Une liaison covalente entre deux atomes correspond à une
mise en commun de deux électrons de leurs couches externes pour former un
doublet d’électrons appelé doublet liant. Les deux électrons mis en commun sont
localisés entre les deux atomes.
Elle se représente par un tiret entre les symboles des
deux atomes.
Le
nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est égal au nombre
d’électrons qui manque sur sa couche externe pour avoir la structure stable en duet ou en octet..
Exemples :
·
L’atome d’hydrogène : (K)1, il doit acquérir un
électron pour obtenir la structure stable en duet donc il pourra former 1
liaison covalente.
·
L’atome d’oxygène : (K)2 (L)6, il doit
acquérir 2 électrons pour obtenir la structure stable en octet, donc il pourra
former 2 liaisons covalentes.
·
L’atome de carbone : (K)2 (L)4, il
doit acquérir 4 électrons pour obtenir la structure stable en octet, donc il
pourra former 4 liaisons covalentes.
II.
REPRESENTATION DE LEWIS
DES MOLECULES :
Définitions :
Un doublet liant est constitué de
deux électrons mis en commun dans une liaison covalente.
Un
doublet non liant est formé de deux électrons de la couche externe qui
ne sont pas engagés dans une liaison covalente. Ils n’appartiennent qu’à un
seul atome.
·
Représentation
de Lewis :
Elle permet de représenter les doublets liants et non
liants d’une molécule. Les doublets liants se représentent par un trait entre les
symboles des atomes et les doublets non liants se représentent par un trait à
côté du symbole de cet atome.
Etablir une
représentation de Lewis :
Méthode : Exemple :
·
Ecrire
le nom et la formule brute de la molécule.
Dioxyde de carbone : CO2
·
Ecrire
la configuration électronique de chaque atome. C : (K)2 (L)4 O :
(K)2 (L)6
En déduire le nombre ne d’électrons
externes des atomes mis en jeu.
ne (C)=4 ne (O)=6
·
En
déduire le nombre nl de liaisons covalentes que doit établir l’atome
pour acquérir une structure en octet ou en duet. nl
(C)=8-4=4 nl
(O)=8-6=2
·
Calculer
le nombre total nt d’électrons externes de la molécule.
nt = (1x4)+(2x6)=16
En déduire le nombre nd de doublets
externes. nd = 16/2=8
·
Répartir les doublets de
la molécule en doublets liants et non
liants en respectant les règles du duet et de
l’octet.
Représentation de Lewis de
la molécule CO2
Exemple
vidéo : cas du dioxyde de carbone et du diazote
III.
NOTION D’ISOMERIE :
Formules
développées et semi-développées :
L’enchaînement
des atomes peut être représenté par une formule développée ou semi-développée.
Les formules développées et
semi-développées proviennent de la représentation de Lewis : seuls les
doublets liants sont représentés.
Dans une formule développée, toutes les liaisons
covalentes apparaissent. Dans une formule semi-développée, les liaisons concernant
les atomes d’hydrogène ne sont pas représentées.
Exemples :
C3H8 (vidéo)
Formules
semi-développée : CH3 –
CH2 – CH3
Développée :
Définition de
l’isomérie :
Deux molécules sont isomères lorsqu’elles ont la même formule
brute mais des enchaînements d’atomes différents. Elles portent des noms
différents et ont des propriétés physiques et chimiques différentes.
3.2. Exemples : C4H10 et C2H6O
2 isomères correspondent
à la formule brute C4H10
a) le butane
formule semi développée : CH3 – CH2 – CH2 –
CH3
b) le méthylpropane
formule semi développée
2 isomères correspondent
à la formule brute C2H6O
a) l’éthanol, formule semi
développée CH3 – CH2 – OH
b) Le diméthyloxyde,
formule semi développée CH3 – O – CH3
IV.
GEOMETRIE DES
MOLECULES :
Représentation
de Cram :
Elle
permet de représenter une molécule dans l’espace.
Conventions :
·
Un
trait plein représente une liaison dans le plan.
·
Un
triangle allongé plein représente une liaison située en avant du plan.
·
Un
triangle allongé hachuré représente une liaison située en arrière du plan.
·
Exemples :
Représentation de Cram de la molécule de méthane CH4
les différentes
géométrie : modèle de Gillespie:
Les doublets d’électrons externes d’un même atome se
repoussent les uns des autres : la structure adoptée par une molécule est
donc celle pour laquelle les doublets d’électrons externes de chaque atome
s’écartent au maximum les uns des autres : c’est le modèle de Gillespie.
Géométrie |
Molécule |
Angle |
Doublets liants |
Doublets non liants |
Représentation de Lewis |
Représentation de Cram |
tétraédrique |
CH4
|
HCH = 109° |
4 |
0 |
|
|
Pyramidale |
NH3 |
HNH = 107° |
3 |
1 |
|
|
Coudée(plane) |
H2O |
HOH = 105° |
2 |
2 |
|
|
Linéaire |
CO2 |
|
4 |
4 |