Les atomes s'unissent en donnant, en partageant ou en prêtant des électrons. Une fois les liaisons connues, la forme de la molécule se déduit d'une idée simple : les paires d'électrons autour d'un atome se repoussent et s'écartent le plus possible. L'Exetat demande de compter les liaisons normales et datives d'un acide et de prévoir la forme d'une molécule.
L'essentiel
- Liaison ionique : un atome très peu électronégatif (un métal comme Na) cède un ou plusieurs électrons à un atome très électronégatif (comme Cl). Les ions Na⁺ et Cl⁻ s'attirent : c'est le sel de cuisine NaCl.
- Liaison covalente normale : deux atomes mettent chacun un électron en commun pour former une paire partagée (H−H, O−H). Une double liaison partage deux paires, une triple en partage trois.
- Liaison dative (ou de coordinence) : les deux électrons de la paire partagée viennent du même atome, le donneur, qui a un doublet libre ; l'autre atome, l'accepteur, a une place vide. On la note par une flèche du donneur vers l'accepteur. Exemple : NH₃ + H⁺ → NH₄⁺.
- Représentation classique des oxacides de P, S, Cl : chaque groupe −OH compte 2 liaisons normales (O−H et X−O), et chaque oxygène sans hydrogène est lié à l'atome central par une liaison dative X→O. H₃PO₄ : 6 normales et 1 dative ; H₂SO₄ : 4 normales et 2 datives ; HClO₄ : 2 normales et 3 datives.
- Théorie de Gillespie (répulsion des paires électroniques) : autour de l'atome central A, on compte les atomes liés X (une double ou triple liaison compte pour un seul X) et les doublets libres E. Ce total fixe la disposition, et seuls les atomes donnent le nom de la forme.
- Formes à connaître : AX₂ linéaire (CO₂, BeCl₂, 180°) ; AX₃ triangulaire plane (BF₃, 120°) ; AX₄ tétraédrique (CH₄, 109,5°) ; AX₃E pyramidale à base triangulaire (NH₃) ; AX₂E₂ coudée (H₂O) ; AX₅ bipyramidale à base triangulaire (PCl₅) ; AX₆ octaédrique (SF₆).
- Hybridation du carbone : 4 liaisons simples, sp³, tétraédrique (méthane) ; une double liaison, sp², plan à 120° (éthylène H₂C=CH₂) ; une triple liaison, sp, linéaire (acétylène HC≡CH).
Les formules
- Notation de Gillespie
- AXₘEₙ
- A : atome central ; m : atomes liés ; n : doublets libres de A
- Oxacide HₐXOᵦ (O sans H en dative)
- liaisons normales = 2a ; liaisons datives = b − a
- a : groupes −OH ; b : atomes d'oxygène
La méthode
- 1Pour compter les liaisons d'un oxacide de P, S ou Cl : compte les groupes −OH (a) et les oxygènes (b).
- 2Chaque −OH donne 2 liaisons normales : 2a liaisons normales.
- 3Les oxygènes sans hydrogène (b − a) sont liés par des liaisons datives.
- 4Pour une forme : trouve l'atome central et ses électrons de valence, puis le nombre d'atomes liés m.
- 5Calcule les doublets libres n : (électrons de valence de A − électrons engagés dans les liaisons)/2.
- 6Avec m + n, choisis la disposition (2 linéaire, 3 triangle, 4 tétraèdre, 5 bipyramide, 6 octaèdre), puis nomme la forme d'après les seuls atomes.
Un exemple résolu
a) Dans la représentation classique de H₃PO₄ (le phosphore lié à trois −OH et à un oxygène par une dative), combien y a-t-il de liaisons normales et de liaisons datives ? b) Quelle est la forme de la molécule NH₃ ?
- 1.a) Trois groupes −OH : a = 3. Chacun contient une liaison O−H et une liaison P−O, soit 3 × 2 = 6 liaisons normales.
- 2.Quatre oxygènes au total (b = 4), dont un sans hydrogène : b − a = 1 liaison dative P→O.
- 3.b) L'atome central est l'azote : 5 électrons de valence. Il est lié à 3 atomes H (m = 3), ce qui engage 3 de ses électrons.
- 4.Il reste 5 − 3 = 2 électrons, soit 1 doublet libre (n = 1) : NH₃ est du type AX₃E.
- 5.m + n = 4 : les paires se placent vers les sommets d'un tétraèdre. Mais un sommet est occupé par le doublet libre, invisible dans la forme.
- 6.Les trois H et l'azote forment donc une pyramide à base triangulaire (angle environ 107°).
Réponse : a) 6 liaisons normales et 1 dative. b) NH₃ est pyramidale à base triangulaire.
Les pièges à éviter
- Compter seulement les liaisons O−H d'un acide : chaque −OH apporte aussi une liaison X−O, d'où 6 normales (et pas 3) pour H₃PO₄.
- Dire que NH₃ est triangulaire plane ou tétraédrique : son doublet libre la rend pyramidale. BF₃, sans doublet libre sur le bore, est bien triangulaire plane.
- Nommer la forme d'après tous les doublets : H₂O a 4 paires autour de O (tétraèdre), mais sa forme est coudée car on ne regarde que les atomes.
- Compter une double liaison comme deux atomes liés : dans CO₂ (O=C=O), m = 2, la molécule est linéaire.
- Confondre les hybridations : double liaison C=C, sp² ; triple liaison, sp ; uniquement des liaisons simples, sp³.
À retenir
Normale : chacun donne un électron ; dative : un seul donne les deux. La forme vient du total atomes + doublets libres, mais se nomme d'après les seuls atomes.