-1-
AD-G
EOMETRIE DES MOLECULESNous avons vu en seconde que, les atomes, afin de gagner en stabilité vont réagir de manière à acquérir la configuration électronique du gaz noble de numéro atomique le plus proche (règle de stabilité en duet ou en octet). Pour acquérir ces structures stables, les atomes ont tendance à perdre ou à gagner des électrons et donc à former des ions monoatomiques. Par exemple : l’ion magnésium Mg2+ ou l’ion chlorure Cl-. Une autre possibilité est d’engager des liaisons covalentes avec d’autres atomes pour former une molécule : dans ce cas les atomes liés partagent des électrons.
Comment se forment les molécules et comment les représenter ?
I.
Formation des molécules
Document 1 : Composition d’un atome
Un atome est un édifice électriquement neutre composé d’un noyau chargé positivement et d’électrons chargés négativement. Le noyau renferme des particules appelées nucléons parmi lesquelles on distingue les neutrons (particules électriquement neutres) et les protons (particules chargées positivement). Pour être neutre, l’atome possède autant d’électrons que de protons. Donc connaissant la composition d’un noyau atomique, on peut facilement en déduire celle de l’atome.
Représentation symbolique d’un noyau
Pour un atome :
nombre de protons Z = nombre d'électrons Document 2 : Configuration électronique et classification périodique (voir vidéo 1 ENT)
TRA
II.
Doc La exp des repr s’il auto Auto Oue mol Doc Une cova Une atom cova Les liais liant Les les auto Doc La de de pa no ave AVAIL : 1. Déterm ܤݎ ଷହ ଼ . 2. Les mo hydrogè a. b. 3. A partir de l’élé famille a 4. Combie halogèn 5. A partir électron colonneSchém
cument 4 : représenta licitant la fa couches e résentés ch représente our de l’ato our d’un at est. Cette r écule. cument 5 : e molécule alentes. Sa e liaison co mes différe alente form électrons sons covale ts. électrons c autres des our de chaq cument 3 : représenta l'atome. Ce l'élément r rtir du 5èm n-liants. Le ec d'autres iner la com olécules de ène. Ces 2 A l’aide de annexe En déduire tableau n°2 r de la conf ément oxygè appartient l en d’électro ne (avant de r de la posit nique de l’ e 4 ou 14).ma de Lew
Représent ation de L açon dont le externes (él hacun par u une liaiso ome s’il n’atome, les d représentat Géométrie est un gr a formule br ovalente est ents pour f ée apporte de la couc entes, se r composant forces élec que atome d la représe ation de Lew ela consiste représentan e électrons s électrons atomes po mposition d’ la chimie o atomes son la classifica e la représe 2 figuration él ène dans l ’argon ? ons de vale ernière colo ion dans le atome de
wis d’une m
tation de Le Lewis est es atomes lectrons de un tiret. Le d on covalent appartient q doublets occ tion ne ren e des moléc roupe d’ato ute nous re t la mise e former un d un électron che d’un at regroupent ces double ctriques rép de façon à m ntation de wis de l'ato e à placer le nt l'atome. L s on regrou célibataires ur former d un atome d organiques nt souvent a ation périod entation de ectronique e tableau p ence possèd onne) ? tableau pé magnésiummolécule e
ewis des m une repré sont liés en valence) s doublet est te ou doub u’à un seu cupent les nd pas com cules : vidé omes liés enseigne su n commun doublet lian n suppléme tome, qui n par deux ets liants ou pulsives. Le minimiser le Lewis des ome se réal es électron Les 4 prem pe les élec s sont dispo es molécule -2- de brome d sont const accompagn dique et de e Lewis des de l’atome périodique. de un atom ériodique (pé m. Même qet géomét
molécules : ésentation ntre eux. To sont regrou situé entre blet liant. I ul atome : d positions : mpte de la éo 3 ENT entre eux r le type et de 2 élect nt apparten ntaire à l’at ne sont pas pour forme u non liants es doublets es valeurs d atomes: (v lise à partir s de valenc iers électro ctrons par p onibles pou es. dont la repr tituées ess és des atom vos connai s molécules d’oxygène Même que me de gaz ériode 3 : c question porie
de la mo ous les éle pés par do les deux a Il est repré doublet non Nord , Sud géométrie toujours d le nombre d trons de la nant à cha tome qui l’e s engagés er des dou exercent le s sont donc de ces force voir vidéo 2 r de la conf ce (de la de ns sont forc paires, repré ur réaliser d résentation entiellemen mes d’oxygè ssances, co s et remplir (voir tablea estion pour noble (dern colonne 2), d our l’atome olécule ctrons ublets tomes ésenté n liant. d, Est, de la e la même d’atomes qu couche ex acun des 2 ngage. dans des ublets non es uns sur c disposés es. Exemple 2 ENT) figuration é ernière couc cément cél ésentant de es liaisons symbolique nt d’atomes ène, d’azot ompléter le r la deuxiè au 1 ), déte l’élément a nière colon déterminer de carbon e façon pa ui la constit xterne appa 2 atomes. e de la molé lectronique che) autour ibataires, à es doublets covalentes Liaison c doubH
O
e du noyau s de carbon e, de chlore tableau n° me colonne erminer la p argon. A qu ne ), un at la configura ne (période ar des liais tue. artenant à d Chaque lia écule d’eau r ovalente ou blet liantO
H
u est ne et e . 1 en e du place uelle tome ation e 2 ; sons deux aison uH2O
-3-
Document 6 : la représentation en 3D ou représentation de Cram
La représentation de Cram d'une molécule permet sa représentation dans l'espace.
Une liaison, entre 2 atomes dans le plan de la feuille, est représentée par un trait plein.
Une liaison, entre un atome dans le plan et un atome en avant de la feuille, est représentée pa un triangle plein, la pointe étant du côté de l'atome dans le plan, la base du côté de l'autre atome. Une liaison, entre un atome dans le plan et un atome en arrière du plan, est représentée par un trait
en pointillé .
Document 7 : les modèles moléculaires et logiciels de représentation On peut donner des représentations des molécules en 3 dimensions avec :
Les modèles moléculaires
Chaque atome est représenté par une sphère de couleur et de taille bien définies. Les sphères sont liées les unes aux autres par des tiges représentant les liaisons covalentes.
Les logiciels 3D
Ces logiciels permettent de construire des molécules et de les visualiser en 3D donc d'étudier leur structure et la répartition spatiale des atomes qui les composent.
Phet : simulation, animation sur ENT
TRAVAIL
1. d'après le tableau n°1, combien de liaisons va former un atome de carbone (quel qu'il soit)? 2. Fabriquer les modèles moléculaires des molécules du tableau 2 et finir de le compléter, pour cela :
a. Associer à chacune sa géométrie en choisissant parmi les suivantes : linéaire, pyramidale, plane, tétraédrique, coudée.
b. Les représenter en géométrie 3D en respectant les conventions données dans les informations.
c. utiliser l'animation de l'ENT pour représenter les angles entre les liaisons.
3. Rechercher ensuite la représentation de Lewis des molécules suivantes : a. éthane C2H6, propane C3H8,
b. éthène C2H4, éthyne C2H2. c. éthanal C2H4O , méthanol CH4O
d. Représenter les molécules à l’aide du logiciel de représentation des molécules pour vérifier leur géométrie en 3D.
4. Rechercher la formule de Lewis des molécules et ions suivants, et indiquer leur géométrie : BH3 , A
l
Cl
3, NH4+, H3O+, SH- .
-4- ANNEXE Tableau n°1
Nom de l’atome Hydrogène Bore Carbone Azote Oxygène Chlore
Symbole et numéro atomique Z Structure électronique Nombre d'électrons de valence Représentation de Lewis
Nombre de doublets non liants
Tableau n°2
Molécules Formule de LEWIS
Représentation dans l'espace (cram) + angles en ° Géométrie (plane, triangulaire, coudée, tétraédrique, pyramidale) CH4 CH2O HC
