« La géométrie des molécules » Correction

Tp 17 - Géométrie des molécules_Correction 1 Objectif du Tp : Découvrir les différentes possibilités de géométrie des molécules, savoir les décrire avec des termes

appropriés et savoir prévoir cette géométrie, à partir de leur schéma de Lewis.

I. Position des doublets électroniques autour d’un atome.

1. Pourquoi existe-t-il des forces répulsives entre les doublets électroniques et de quelle nature sont ces forces ?

Les électrons sont chargés négativement, ils se repoussent en subissant un force électrostatique due au champ électrostatique crée par les autres doublets d'électrons.

2. Comment positionner ces doublets électroniques autour d’un atome pour que ces forces soient minimisées ? L'expression de ces forces électrostatiques est de la forme : 𝐅𝐀/𝐁 = k × ^{𝐪𝐀 × 𝐪𝐁}

𝐝^𝟐 ou qA et qB sont les charges électriques respectives des doublets d'électrons.

Pour que ces forces soient minimisées, les doublets doivent donc être positionnés le plus loin possible les uns des autres (d doit être le plus grand possible).

Dans cette configuration, on obtient un tétraèdre : L'atome se trouve au centre du tétraèdre.

3. Représenter le schéma de Lewis des molécules de Méthane (CH₄), d’Ammoniac (NH3), d’Eau (H2O) et de Méthanal (CH₂O).

Formule Méthane (CH4) Ammoniac (NH3) Eau (H2O) Méthanal (CH2O) Schéma de

Lewis

4. Dénombrer alors le nombre de doublets liants et de doublets non liants autour de l’atome central de chacune de ces molécules.

Formule Méthane (CH4) Ammoniac (NH3) Eau (H2O) Méthanal (CH2O)

Atome central C N O C

Doublet liant 4 3 2 4

Doublet non

liant 0 1 2 0

Expérimentez : A l’aide de cure-dents pour modéliser les deux types de doublets et de pâte à modeler pour modéliser les atomes, proposer pour chaque molécule le seul modèle dans lequel les atomes et les extrémités des doublets non liants liés à l’atome central sont tous équidistants les uns des autres.

5. Trois des molécules, bien qu’ayant des doublets liants et non liants en nombre différents, présentent une répartition similaire : lesquelles ? Quelle est la cause de la différence de la quatrième molécule ?

Le méthanal possède une double liaison, ce qui empêche la rotation de cette liaison autour de l'atome.

H C H H

H N H

H

H O H

H

H C O H De la Structure aux

propriétés physiques de la matière

Tp 17

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Constitution et Transformation de la matière

Séquence 9

Doc 1 :

La méthode VSEPR (sigle de l’anglais : Valence Shell Electron Pair Repulsion – en français RPECV : Répulsion des Paires Electroniques de la Couche de Valence) s’inscrit dans la poursuite des idées sur les doublets électroniques de Lewis.

Cette méthode est destinée à prédire la géométrie des entités chimiques (molécules ou ions) en se basant sur les hypothèses suivantes :

- les électrons des doublets liants et des doublets non liants exercent les uns sur les autres des forces répulsives.

- les doublets (liants et non liants) sont donc disposés autour de chaque atome de façon à minimiser les valeurs de ces forces.

Tp 17 - Géométrie des molécules_Correction 2

II. Géométrie autour de l’atome central.

Nom de la molécule

Formule brute

Représentation de Lewis

Nb. de doublets autour de l’atome

central

Description de la géométrie

Dessin en 3D de la molécule Chlorure

d’hydrogène HCl Géométrie linéaire

Dioxygène O2 Géométrie linéaire

Diazote N2 Géométrie linéaire

Dioxyde de

carbone CO2

- 4 doublets liants.

- 0 doublets non liants autour du Carbone.

Géométrie linéaire

Eau H2O

- 2 doublets liants.

- 2 doublets non liants autour de l'oxygène.

Géométrie coudée

Méthane CH4

- 4 doublets liants.

- 0 doublets non liant autour du Carbone.

Géométrie tétraédrique

Ammoniac NH3

- 3 doublets liants.

- 1 doublet non liant autour de l'azote.

Géométrie pyramidale à base

triangulaire

Méthanal CH2O

- 4 doublets liants.

- 0 doublets non liants.

Géométrie plane

H Cl O O

N N

C O O

H O H

O H

H

H C H H

H

C H

H H

H

H N H

H

H

H H

H C O H

Doc 2 :

La géométrie d’une molécule ou la disposition géométrique des liaisons autour d’un atome en particulier, dans une molécule, pourra se faire, notamment, à partir des termes suivants : linéaire, coudée, plane, triangulaire, pyramidale, tétraédrique où pour les 3 derniers termes l’atome central sera au centre de la figure géométrique dont les sommets seront occupés par des atomes liés à cet atome central.

Tp 17 - Géométrie des molécules_Correction 3

III. Schéma de Lewis et prévision de la géométrie d’une molécule.

1. Pour la molécule d’Ammoniac ; Qu’y-a-t-il au 4^ème sommet du tétraèdre ? On peut voir que sur le 4^ème sommet, il y a le doublet d'électrons non liant.

2. Comment expliquez-vous que la molécule d’eau n’est pas linéaire, mais coudée ?

La molécule d'eau possède deux doublets non liants qui se placent chacun à un des sommets du tétraèdre, la molécule est donc coudée.

3. Pour chacune des formules suivantes ; indiquer la représentation de Lewis et prévoir la géométrie autour des atomes centraux (en gras) des molécules :

* HClO * N2H4 * CH3-NH2 * C2H5-CO-NH2

Expérimentez : Vérifier vos réponses avec le logiciel de modélisation « Avogadro » et faisant apparaître la géométrie de ces molécules.

HClO

N

CH

C

Géométrie coudée autour de l'atome d'oxygène.

Géométrie pyramidale à base triangulaire autour

de l'atome d'azote.

Géométrie pyramidale à base triangulaire autour

de l'atome d'azote.

Géométrie tétraédrique autour de l'atome de

carbone.

Géométrie tétraédrique autour de l'atome du 1^er

carbone.

Géométrie triangulaire autour de l'atome du 2^ème

carbone.

Géométrie pyramidale à base triangulaire autour

de l'atome d'azote.