exemples : Donner les structures électroniques des atomes d'hydrogène, carbone, azote, oxygène, fluor et chlore.
Surligner les électrons de valence.
H (Z = 1) C (Z = 6) N (Z = 7) O (Z = 8) F (Z = 9) Cl (Z = 17) structure
électronique
Les atomes des éléments des trois premières périodes du tableau périodique tendent à obtenir une configuration électronique identique à celle d'un gaz noble. Pour cela, ils peuvent former des ions ou des molécules de telle sorte que leur dernière couche électronique (couche de valence) soit saturée :
- à deux électrons si Z≤4 (voisins de l'hélium) règle du duet - ou à huit électrons sinon règle de l'octet
exemples : Donner les schémas de Lewis des atomes d'hydrogène, carbone, azote, oxygène, fluor et chlore.
atome H (Z = 1) C (Z = 6) N (Z = 7) O (Z = 8) F (Z = 9) Cl (Z = 17)
schéma de Lewis
Les mêmes règles s'appliquent pour établir les schémas de Lewis des ions : atome structure électronique de
l'atome
structure électronique de l'ion stable formé
formule de l'ion
schéma de Lewis de l'ion O (Z = 8)
F (Z = 9) Cl (Z = 17) Na (Z = 11)
COURS
CHAPITRE 5
D E LA STRUCTURE À LA POLARITÉ
Constitution et Thème I :transformation de la matière
Structure électronique d'un atome
A. VOIR AUSSI L'ESSENTIEL PAGE 88+QCM PAGE 89
• Le cortège électronique de l'atome possède une structure : - en couches (1, 2, 3...) - et en sous-couches (s, p...)
• Nombre max d'électrons par sous-couche : s 2 électrons max
p 6 électrons max
• Pour les atomes pour lesquels Z 18, on remplit les sous-couches dans l'ordre :
1s → 2s → 2p → 3s → 3p
• Les électrons de valence sont les électrons de la dernière couche appelée couche externe.
structure électronique du soufre de numéro atomique Z = 16
Schéma de Lewis
B.
Règles de stabilité
Schéma de Lewis d'un atome
Le schéma de Lewis d'un atome permet de représenter la structure électronique externe d'un atome.
• Seuls les électrons de valence sont représentés autour du symbole de l'atome :
- les électrons de valence sont représentés par des points (•) s'ils sont célibataires - ou par un tiret (-) s'ils forment un doublet.
• Construction du schéma de Lewis d'un atome :
- jusqu'à quatre électrons de valence, l'atome est entouré d'électrons célibataires,
- et au-delà, les électrons supplémentaires s'ajoutent aux électrons célibataires pour former des doublets.
Schéma de Lewis d'un ion monoatomique
molécule O2 N2 H2O CO2 NH3 CH4 HCl schéma de
Lewis des atomes
schéma de Lewis de la molécule
formule de
l'ion H3O+ HO– NH4+
schéma de Lewis de
l'atome central
schéma de Lewis de
l'ion
commentaire
l'atome d'oxygène a perdu un électron par rapport à l'atome isolé ⊕
l'atome d'oxygène a gagné un électron par rapport à l'atome isolé ⊝
l'atome d'azote a perdu un électron par rapport à l'atome isolé ⊕
exemples : Donner les structures électroniques du bore (Z = 5) et de l'hydrogène (Z = 1).
Donner les schémas de Lewis du borane (BH3) et de l'ion hydrogène H+.
Schéma de Lewis d'une molécule
Le schéma de Lewis d'une molécule s'établit en assemblant les schémas de Lewis des atomes.
Les liaisons covalentes entre deux atomes (symbolisées par un doublet liant) résultent de la mise en commun de deux électrons célibataires, chacun apporté par un des deux atomes.
Point méthode : écrire une formule de Lewis rapidement
• Valence (nombre de doublets liants) des atomes usuels cf. tableau ci-contre
• Règle de l'octet : Dans le schéma de Lewis de nombreuses molécules, les atomes du tableau ci-contre sont entourés de quatre doublets d'électrons, soit huit électrons de valence. L'hydrogène vérifie la règle du duet (un doublet soit deux électrons de valence).
Écrire la formule développée de l'espèce étudiée.
Rajouter les doublets non-liants pour respecter la règle de l'octet pour chaque atome.
Pour un ion, vérifier les cohérences des charges compter le nombre d'électrons externes de l'atome étudié dans l'espèce chimique considérée et le comparer à celui de l'atome isolé : en déduire le nombre d'électrons gagnés ou perdus et la charge.
Les deux électrons d'un doublet non liant appartiennent en propre à l'atome.
Les deux électrons d'un doublet liant sont partagés entre les deux atomes de la liaison.
Schéma de Lewis d'un ion polyatomique
Un atome engagé dans un ion porte une charge formelle s'il n'est pas entouré du même nombre d'électrons qu'à l'état isolé.
Lacune électronique
Une lacune électronique indique un déficit de deux électrons par rapport aux règles de stabilité.
Elle est représentée par une case rectangulaire
▭
dans le schéma de Lewis.
Nombre de liaisons (simples ou doubles) + nombre de doublets non liants
Géométrie de la répartition des doublets autour de l'atome central A
Géométrie de la molécule autour de l'atome central A
4
• tétraédrique si A est lié à 4 atomes
• pyramidale si A est lié à 3 atomes
• coudée si A est liée à 2 atomes
3 • triangulaire si A est lié à 3 atomes
• coudée si A est liée à 2 atomes
2 • linéaire
Nom méthane ammoniac eau méthanal dioxyde de
carbone
Formule CH4 NH3 H2O CH2O CO2
Schéma de Lewis
Modèle moléculaire
Géométrie
• Si l'atome A est le plus électronégatif (donc si χ(A) > χ(B)) : il attire davantage les électrons de la liaison vers lui que le second atome.
Il porte une charge électrique partielle négative notée δ−.
L'atome B, le moins électronégatif, a perdu partiellement le doublet d'électrons et porte une charge électrique partielle positive δ+.
• Les charges électriques partielles δ− et δ+ respectent la neutralité de la molécule et sont donc égales en valeur absolue.
Remarque : Lorsque la différence d'électronégativité entre les deux atomes est très forte, le doublet d'électrons est totalement capté par l'atome le plus électronégatif et les deux atomes deviennent des ions : c'est le cas des solides ioniques.
Géométrie des édifices atomiques
C.
La géométrie d'une molécule ou d'un ion polyatomique est celle dans laquelle les doublets d'électrons externes, liants et non liants, de chaque atome s'écartent au maximum les uns des autres: ils exercent entre eux des forces électriques répulsives.
Les molécules polaires et apolaires
D.
Électronégativité
L'électronégativité est une grandeur qui traduit l'aptitude d'un atome A à attirer vers lui le doublet d'électrons qui le lie à un atome B.
Elle est notée χ (lettre grecque khi) ; elle est sans unité.
Polarité d'une liaison
Une liaison A−B est polarisée si la différence d'électronégativité entre les deux atomes est supérieure à environ 0,4.
Échelle de Pauling des électronégativités
exercice : Indiquer les polarités des liaisons dans les molécules suivantes HCl, CH2O, H2O
exemples : Les molécules d'eau et de dioxyde de carbone sont-elles polaires ?
• ex 9 p 92 : Choisir le schéma de Lewis d'une molécule
• ex 13 p 93 : Justifier la présence d'une lacune électronique
• ex 16 p 93 : Nommer une figure géométrique
• ex 18 p 93 : Justifier la géométrie d'une molécule
• ex 20 p 93 : Prévoir la polarité d'une molécule
• ex 27 p 95 : Un agent de blanchiment
• ex 29 p 95 : Le méthoxyméthane
Polarité d'une molécule
• Une molécule est polaire si les positions moyennes des charges partielles positives G+ et négatives G− ne sont pas confondues.
• Une molécule est apolaire (non polaire) dans le cas contraire.
E XERCICES D ' APPLICATION ET ACTIVITÉS DU CHAPITRE 5
Exercices partie B
Exercices partie C
Exercices partie D
Exercices de synthèse
Échelle de Pauling des électronégativités
