Chapitre 3 :

 

LES MOLECULES

 

I.                 LA FORMATION DES MOLECULES :

            Définition :

Vidéo

 

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 :

Vidéo

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 :

cours filmé

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

 

vidéo

 

HCH = 109°

 

4

 

0

 

Pyramidale

 

 

NH3

vidéo

 

HNH = 107°

 

3

 

1

 

Coudée(plane)

 

 

H2O

vidéo

 

HOH = 105°

 

2

 

2

Linéaire

CO2

vidéo

 

4

4