Post on 04-Apr-2015
Molécules et géométrie Molécules et géométrie
La géométrie moléculaireLa géométrie moléculaire
C’est le domaine de la stéréochimie
Comment décrire la géométrie des molécules? Au moyen de :
Distances de liaison. {R}
Angles de valence. {}
Angles de torsion. {}
O O
RROOOO
La géométrie moléculaireLa géométrie moléculaire
C’est le domaine de la stéréochimie
Comment décrire la géométrie des molécules? Au moyen de :
H
O O
RROOOO
RROHOH OOHOOH
Distances de liaison. {R}
Angles de valence. {}
Angles de torsion. {}
Distances de liaison. {R}
Angles de valence. {}
Angles de torsion. {}
La géométrie moléculaireLa géométrie moléculaire
C’est le domaine de la stéréochimie
Comment décrire la géométrie des molécules? Au moyen de :
O
H
O
RROOOO
RROHOH OOHOOH
RROHOHOOHOOH
H
Le modèle de la répulsion des pairesLe modèle de la répulsion des paires
Les paires d’électrons se distribuent autour des noyaux « porteurs » Les paires d’électrons se distribuent autour des noyaux « porteurs » AA et déterminent la géométrie moléculaire. et déterminent la géométrie moléculaire.
Ces paires se repoussent et mènent au modèle de répulsion des Ces paires se repoussent et mènent au modèle de répulsion des paires.paires.2 paires s’alignent sur la sphère2 paires s’alignent sur la sphère
Conséquence: Molécules linéairesConséquence: Molécules linéairesAXAX22 180° 180°
Exemple: Exemple: BeBeClCl22 (Octet non respecté)(Octet non respecté)
ClBe
Cl
Le modèle de la répulsion des pairesLe modèle de la répulsion des paires
3 paires se disposent sur un triangle équilatéral.3 paires se disposent sur un triangle équilatéral.
Conséquence: Molécules planes; Conséquence: Molécules planes; AXAX33 120° 120°
Exemple: Exemple: AlAlClCl3 3 (Octet non respecté)(Octet non respecté)
2 paires s’alignent sur la sphère2 paires s’alignent sur la sphère
Conséquence: Molécules linéaires Conséquence: Molécules linéaires AXAX22Exemple: BeClExemple: BeCl2 2 (Octet non respecté)(Octet non respecté)
ClBe
Cl
Cl
Al
Cl
Cl
Le modèle de la répulsion des pairesLe modèle de la répulsion des paires
4 paires se disposent au sommet d’un tétraèdre.4 paires se disposent au sommet d’un tétraèdre.
Conséquence: Molécules tétraédriques; Conséquence: Molécules tétraédriques; AXAX44 109°28 ’ 109°28 ’
Exemple: Exemple: CCHH4 4 (Octet respecté)(Octet respecté)
CC
H
HH
H
Le modèle de la répulsion des pairesLe modèle de la répulsion des paires
5 paires se disposent au sommet d’une bipyramide trigonale.5 paires se disposent au sommet d’une bipyramide trigonale.
Conséquence: Conséquence: AXAX55 120° et 90° 120° et 90°
Exemple: Exemple: PPClCl5 5 (Octet non respecté - composé hypervalent)(Octet non respecté - composé hypervalent)
Cl PCl
ClCl
Cl
Le modèle de la répulsion des pairesLe modèle de la répulsion des paires
Conséquence: Conséquence: AXAX66 90° 90°
Exemple: Exemple: S S FF6 6 (Octet non respecté - composé hypervalent)(Octet non respecté - composé hypervalent)
6 paires se disposent au sommet d’un octaèdre.6 paires se disposent au sommet d’un octaèdre.
SSF
F
F
F F
F
CC
H
HH
H
La géométrie des molécules à liaisons simplesLa géométrie des molécules à liaisons simples
QuickTime™ et un décompresseurAnimation sont requis pour visualiser
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CH4
AXAX44
NH3 EAXEAX33
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H2O EE22AXAX22
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La géométrie des molécules à liaisons simplesLa géométrie des molécules à liaisons simples
Ethane, méthylamine, méthanol, ...
La géométrie des molécules à liaisons multiplesLa géométrie des molécules à liaisons multiples
éthane éthane éthylène éthylène acétylène ... acétylène ...
1,54Å 1,34Å
1,20Å
CCH
H
C
CH
H
H
H
C
CH
HH
H
HH
Molécule plane
Molécule linéaire
La notion d ’hybridationLa notion d ’hybridation
Les molécules sont tétraédriques, mais les orbitales atomiques sont orthogonales (perpendiculaires entre-elles).
L’hybridation est la transformation des orbitales de l’atome pour les adapter à une meilleure description de la géométrie moléculaire.
La notion d ’hybridationLa notion d ’hybridation
Les molécules sont tétraédriques, mais les orbitales atomiques sont orthogonales (perpendiculaires entre-elles).
L’hybridation est la transformation des orbitales de l’atome pour les adapter à une meilleure description de la géométrie moléculaire.
L’hybridation spL’hybridation sp
s’obtient en combinant l’orbitale 2s à une orbitale 2p, sans modifier les deux autres.
Deux orbitales (2s, 2p) se transforment par combinaison (addition et soustraction) en deux hybrides sp.
+
-
L’hybridation spL’hybridation sp
s’obtient en combinant l’orbitale 2s à une orbitale 2p, sans modifier les deux autres.
Deux orbitales (2s, 2p) se transforment par combinaison (addition et soustraction) en deux hybrides sp.
L’hybridation spL’hybridation sp
Au total: 180°
Cette hybridation est adaptée à la représentation des atomes dans des
molécules linéaires telles que BeCl2, HCCH, HCN… ou contenant des fragments linéaires.
Les hybrides permettront de décrire les liaisons.
L’hybridation spL’hybridation sp22
t 3
t1
t2
x
s’obtient en combinant la fonction 2s à deux fonctions 2p, sans modifier la dernière.
elle est adaptée à la représentation ddes atomes dans les molécules planes telles que AlCl3, H2C=O, H2C=CH2…
ou contenant des fragments planes.
120°
L’hybridation spL’hybridation sp22
s’obtient en combinant la fonction 2s à deux fonctions 2p, sans modifier la dernière.
elle est adaptée à la représentation de molécules planes telles que H2C=O que H2C=CH2…
ou contenant des fragments planes.
L’hybridation spL’hybridation sp33
z
y
x
C
s’obtient en combinant la fonction 2s aux trois fonctions 2p.
elle est adaptée à la représentation de molécules tétraédriques telles que CH4 , H3C—OH que H3C—CH3, … .
109°28 ’
D’autres hybridations incluant les orbitales d d existent.
Par exemple spsp33dd pour décrire PClPCl55 ou spsp33dd22 pour décrire SF6
La formation de liaisonsLa formation de liaisons
L’hybride spn se combine à une orbitale 1s de l’hydrogène, ou à une
autre orbitale hybride pour former les liaisons CH, CC, CO, ....
HCHC +
Les traits de liaison symbolisent la liaison chimique décrite par la superposition des orbitales atomiques hybrides ()
ou originales.
Description de l ’éthylène CDescription de l ’éthylène C22HH44
Les hybrides sp2 forment les liaisons CH et CC de l ’éthylène ()
La fusion des orbitales 2p inchangées forme la liaison CC de l ’éthylène
CHH C H
H CHH C HH CH
H C HH
La résonance du benzèneLa résonance du benzène
L’exemple du benzène montre que par fusion des orbitales 2p inchangées, on décrit le phénomène de
conjugaison des électrons .
C
C
C
H
C
H
C
H
CH
H
H
C
C
C
H
C
H
C
H
CH
H
H
Les complexes moléculairesLes complexes moléculaires
De nombreux ions métalliques forment des structures moléculaires stables avec d’autres molécules ou ions (ligandsligands) : Ce sont les complexes moléculaires : Fe(CN)6
3- , Fe(CN)64-, Ni(NH3)6
2+, …
Leur géométrie est octaédrique. On l’explique par l’hybridation
spsp33dd22 du Fe Fe: 4sFe: 4s223d3d664p4p00 Fe Fe3+3+ 4s 4s003d3d554p4p00
FeFe3+3+ 4s 4s003d3d554p4p00 Fe Fe3+3+hybrhybr 3d 3d5 5 sp sp33dd22
Les ions CN- occupent les hybrides spsp33dd22
les liaisons intermoléculairesles liaisons intermoléculaires
Si des molécules identiques existent dans des états physiques différents, c’est parce qu ’elles sont soumises à des interactions intermoléculaires intermoléculaires, qui s’expriment via des forces intermoléculaires.
On distingue:
•Les forces de van der Waals.Les forces de van der Waals.
•Les ponts hydrogènes: Les ponts hydrogènes:
•Les forces dipôles/dipôles de Keesom
•Les forces dipôles/dipôles induits de Debye
•Les forces de dispersion de London
les forces de van der Waalsles forces de van der Waals
Des liaisons intermoléculaires apparaissent si les forces attractives dominent les forces répulsives.
•Les forces dipôles/dipôles de Keesom résultent de l’interaction électrostatique stabilisante obtenue par orientation des dipôles
+q -q+q -q
On distinguera des molécules polaires et des molécules apolaires.
0 00 0
+q -q+q -q
-q +q-q +q
+q -q
+q -q
+q
-
q+
q
-q
-q +q-q +q
+q -q+q -q
les forces de van der Waalsles forces de van der Waals
•Les forces dipôles/dipôles induits de Debye proviennent de l’interaction électrostatique stabilisante résultante
Une molécule apolaire peut être polarisable
0 00 0
-q +q-q +q
++q -q -qq
et sous l ’influence d ’un dipôle, se polariser. Il s’agit de dipôles induits
++q -q -qq
-q +q-q +q
les forces de van der Waalsles forces de van der Waals
•Les forces de dispersion de London sont des forces dipôles induits/dipôles induits
Des molécules polarisables peuvent interagir via des dipôles instantanés
++q -q -qq0 00 0 ++q -q -qq
--q +q +qq
Elles sont d ’autant plus grandes que la polarisabilité est grande.
On peut expliquer ainsi l’augmentation de la température d ’ébullition des halogènes
F2 -183°C; Cl2 -35°C; Br2 58°C; I2 183°C
les ponts Hydrogèneles ponts Hydrogène
Lorsque des hydrogènes sont liés à des atomes fortement électronégatifs, la liaison formée est très polarisée (transfert électronique important).
Les hydrogènes (+) s’associent aux atomes (-) d’une molécule voisine.
Cette association constitue un pont Hydrogènepont Hydrogène. qui mène souvent à des réseaux de molécules.
Celle-ci s’établit entre H H etet F, O, N F, O, N.
O H
R
O H
R
O H
R
O H
R
O H
R
O H
R
Par exemple entre H H etet O O dans les alcools:
les ponts Hydrogèneles ponts Hydrogène
Cette liaison intermoléculaire explique le point d ’ébullition élevé de
H2O (100°C) et HF (20°C) comparés à H2S (-60°C) et HCl (-85°C)
L ’eau constitue un autre exemple
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
O H
H
Retour sur les états de la matièreRetour sur les états de la matière
Les états condensés trouvent leur origine dans Les états condensés trouvent leur origine dans l’agrégation des l’agrégation des moléculesmolécules. Cette . Cette cohésioncohésion résulte des résulte des interactions intermoléculairesinteractions intermoléculaires
L’agitation des molécules s’oppose à cette cohésion. L’agitation des molécules s’oppose à cette cohésion. Celle-ci est de nature thermique et confère la mobilité aux molécules. Celle-ci est de nature thermique et confère la mobilité aux molécules.
Forces de cohésion Forces de cohésion >>>> Agitation thermique Agitation thermique Etat Solide Etat Solide ((Energie Réticulaire) Rigidité Positions fixes ) Rigidité Positions fixes
Forces de cohésion Forces de cohésion <<<< Agitation thermique Agitation thermique Etat Gazeux Etat Gazeux mouvements libresmouvements libres
Forces de cohésion Forces de cohésion Agitation thermique Agitation thermique Etat Liquide Etat Liquide Fluidité Positions libres, mobilité restreinte Fluidité Positions libres, mobilité restreinte
Retour sur les situations ioniques : Le Solide IoniqueRetour sur les situations ioniques : Le Solide Ionique
Exemple du cristal de NaCl en 3 dimensions : [NaExemple du cristal de NaCl en 3 dimensions : [Na++ClCl--]]
Il s’agit d’une succession d’étapes élémentaires qui constituent leCycle de Haber BornCycle de Haber Born que nous allons analyser
Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) Bilan énergétique ?
Cycle de Haber BornCycle de Haber Born
Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) Bilan énergétique? (kJ.mol-1)
1. Vaporisation Na(s) -> Na(g) E= +93
2. Dissociation 1/2Cl2(g) -> Cl E=+122 3. Ionisation Na -> Na+ + e- E=+496
4. Ionisation Cl + e- -> Cl- E=-348 5. Association Na++Cl--> NaCl(s) E=-780
(énergie réticulaireénergie réticulaire)
Na (215) Cl
1 et 2
3 et 4 (363) Na+ Cl-
0 Na(s) 1/2 Cl2
Energie réticulaire =
€
U =ZaZbe
2
4πε0raba,b
touslesions
∑ = NavZ +Z−e2
4πε0r×M × B
Exemple du cristal de NaCl en 3 dimensions : [NaExemple du cristal de NaCl en 3 dimensions : [Na++ClCl--]]
Energie réticulaire =
€
U =ZaZbe
2
4πε0raba,b
touslesions
∑ = NavZ +Z−e2
4πε0r×M × B
Cycle de Haber BornCycle de Haber Born
Cycle de Haber BornCycle de Haber Born
Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) Bilan énergétique? (kJ.mol-1)
1. Vaporisation Na(s) -> Na(g) E= +93
2. Dissociation 1/2Cl2(g) -> Cl E=+122 3. Ionisation Na -> Na+ + e- E=+496
4. Ionisation Cl + e- -> Cl- E=-348 5. Association Na++Cl--> NaCl(s) E=-780
(énergie réticulaireénergie réticulaire)
Na (215) Cl
1 et 2
3 et 4 (363) Na+ Cl-
0 Na(s) 1/2 Cl2
5
NaCl(s)Bilan global: Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s) ) E=-417E=-417
Energie réticulaire =
€
U =ZaZbe
2
4πε0raba,b
touslesions
∑ = NavZ +Z−e2
4πε0r×M × B
La liaison métalliqueLa liaison métallique
La liaison métalliqueLa liaison métallique
Le carbone diamantLe carbone diamantL’aspirineL’aspirine
Les solidesLes solides moléculaires et covalents moléculaires et covalents
Molécules et NomenclatureMolécules et NomenclatureA ce stade, la connaissance de la nomenclature s’impose.A ce stade, la connaissance de la nomenclature s’impose.
Cfr ANNEXE Cfr ANNEXE
Les notions de baseLes notions de base
Une Une fonction chimiquefonction chimique est un ensemble de propriétés portées par un est un ensemble de propriétés portées par un atome ou un groupe structuré d’atomes (Acide; Base; …). atome ou un groupe structuré d’atomes (Acide; Base; …).
Ce groupe structuré d’atomes s’appelle Ce groupe structuré d’atomes s’appelle groupe fonctionnel.groupe fonctionnel.
La nomenclature chimique donne un La nomenclature chimique donne un nom rationnel nom rationnel aux molécules.aux molécules.
Les noms reposent sur une association « préfixe/élément/suffixe ». Les noms reposent sur une association « préfixe/élément/suffixe ». L’ensemble constitue unL’ensemble constitue un radical radical..
Les grandes famillesLes grandes familles
Les oxydes:Les oxydes:
Les acidesLes acides
Les basesLes bases
•de non-métaux: Mde non-métaux: MaaOObb
•de métaux: Mde métaux: MaaOObb [oxydes de Métal (X) avec x=2*b/a] [oxydes de Métal (X) avec x=2*b/a]
•les hydracides: Hles hydracides: HaaXXbb
•les oxacides: Hles oxacides: HaaMMbbOOcc
•hydroxylées: Mhydroxylées: Maa(OH)(OH)bb
•aminées: Raminées: RnnNHNHn’ n’ (n+n’=3)Les selsLes sels
Les grandes famillesLes grandes familles
Les mots-clés utiles :Les mots-clés utiles :•suffixes « ure », « ate » mais aussi ique; eux; ite; suffixes « ure », « ate » mais aussi ique; eux; ite;
H H22S, NaS, Na33POPO44, H, H22SOSO44, H, H22SOSO33, NaNO, NaNO22
•préfixes préfixes hypohypo et et perper ( (HClOHClO, HClO, HClO22, HClO, HClO33, , HClOHClO44) )
•préfixes pyro, thio et peroxopréfixes pyro, thio et peroxo
•nomenclature des sels (hydrogéno… NaHSOnomenclature des sels (hydrogéno… NaHSO44))
•quelques radicauxquelques radicaux