C8 - Vsepr - Notes de cours 8 PDF

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I - LA METHODE VSEPR I –1) Introduction I-2) Principe I-3) La méthode VSEPR II- GEOMETRIE DES MOLECULES II-1) Molécules sans doublet non-liant (p=0) II-2) Molécules possédant des doublets nonliants III- LONGUEUR DES LIAISONS

I - LA METHODE VSEPR

I –1) Introduction Les structures de Lewis ne sont en fait qu'une représentation bidimentionnelle des liaisons entre les atomes, sans en montrer la disposition dans l'espace ≡ représentation plane La théorie de la répulsion des paires électroniques de la couche de valence (Valence Shell Electronic Pair Repulsion = VSEPR) permet de prévoir la géométrie de molécules ou d’ions simples à partir de leur structure de Lewis. Cette théorie permet de prévoir la direction des liaisons autour de l’atome central.

I-2) Principe Autour de l’atome central, les paires électroniques de valence (doublets liants et doublets non-liants) subissent des répulsions électrostatiques. Dans la théorie VSEPR, l’arrangement le plus stable est : celui qui minimise ces répulsions électrostatiques celui qui éloigne au maximum les doublets électroniques.

I-3) La méthode VSEPR On établit la structure de Lewis. On compte le nombre total de doublets (liants et nonliants). On dispose les doublets à une même distance de l’atome central (donc sur une sphère centrée sur l’atome central). On arrange les doublets pour que les répulsions entre les doublets électroniques soient minimales. Une liaison double (ou triple) compte comme une simple liaison.

On obtient une FIGURE DE REPULSION

N=2

N=3

Triangle équilatéral α = 120°

N=4

Tétraèdre α = 109,5°

N=5 Bipyramide trigonale α = 120° β= 90°

N=6

Octaèdre α = 90°

II- GEOMETRIE DES MOLECULES

Après avoir établi la structure de Lewis d’une molécule, on peut la représenter sous la forme :

A X m Ep A: atome central X: autres atomes (nombre égal à m) E: doublets non-liants (nombre égal à p) avec (m + p) = N

On distingue deux cas: * m sans doublet non-liant (p=0) * m possédant 1 ou +sieurs doublets non-liants

II-1) Molécules sans doublet non-liant (p=0)

A Xm

La géométrie de la molécule est identique à la figure de répulsion

AX2

N = 2 Molécule linéaire; α = 180° Exemples : Molécule avec des liaisons simples

Molécules avec des liaisons multiples

AX3 N=3 Molécule plane, triangle équilatéral :triangulaire plan angle entre liaisons égal à 120°

Exemples : Molécule avec des liaisons simples

Molécule avec des liaisons multiples

AX4 N=4 Molécule en forme de tétraèdre; α = 109,5°

Exemple : Molécule avec des liaisons simples

Molécule avec des liaisons multiples

AX5 N=5 Bipyramide trigonale; α = 120° β= 90° Exemples : Molécule avec des liaisons simples

Molécule avec des liaisons multiples

AX6 N=6 Bipyramide à base carrée : octaèdre α = 90° β= 90° Exemples : Molécule avec des liaisons simples

Molécule avec des liaisons multiples

!

L’effet répulsif exercé par une liaison multiple est plus important que celui exercé par une liaison simple L’angle formé par les liaisons peut être différent de celui de la figure de répulsion Exemple:

Répulsion + forte

H

H

122°

C

116°

O

C

O

H H Angles différents de 120°

II-2) Molécules possédant des doublets non-liants

A Xm Ep A X2 E Exemple : Sn Cl2 (Sn; Z = 50) N=3

arrangement des doublets trigonal plan

Mais: ∃ 1 doublet non-liant la molécule est COUDEE = en V

!

L’effet répulsif exercé par un doublet non-liant est plus important que celui exercé par une doublet liant. L’angle formé par les liaisons est différent de celui de la figure de répulsion

Répulsions plus fortes

Cl < 120°

Sn

:

Cl Angles différents de 120°

A X3 E Exemple : NH3 N=4

arrangement des doublets selon un tétraèdre

Mais:

..

∃ 1 doublet non-liant

N la molécule a la géométrie d’une pyramide trigonale

H

H

H

.. Effet répulsif du doublet non-liant angles < 109,5° (de l’ordre de 107°)

N

H H

H

A X2 E2 Exemple : H2O N=4

arrangement des doublets selon un tétraèdre

Mais: ..

∃ 2 doublets non-liants la molécule a une géométrie COUDEE = en V

H H

O

. . ..

Effet répulsif des doublets non-liants angles < 109,5° (de l’ordre de 104°)

H H

O

. .

A X4 E Exemple : SF4 N=5

arrangement des doublets selon une bipyramide trigonale

Mais: ∃ doublet non-liant qui va se PLACER SUR UNE POSITION EQUATORIALE la molécule a une géométrie en BASCULE

A X3 E2 Exemple : ClF3 N=5

arrangement des doublets selon une bipyramide trigonale

Mais: ∃ 2 doublets non-liants qui vont se PLACER SUR UNE POSITION EQUATORIALE la molécule a une géométrie en FORME DE T

A X5 E Exemple : BrF5 N=6

arrangement des doublets selon un octaèdre

Mais: ∃ un doublet non-liant qui va se PLACER SUR UNE POSITION AU POLE la molécule a une géométrie de pyramide à base carrée

A X4 E2 Exemple : XeF4 N=6

arrangement des doublets selon un octaèdre

Mais: ∃ 2 doublets non-liants qui vont se PLACER AUX POLES la molécule a une géométrie plane en carré

III- LONGUEUR DES LIAISONS

La longueur de la liaison dépend : de la nature des deux atomes Ex: C – C 0,154 nm C – N 0,147 nm

du type de liaison (simple, double …)

Ex: C

C

0,120 nm

C=C

0,135 nm

C–C

0,154 nm

Limites de la méthode VSEPR La méthode VSEPR permet la plupart du temps la prédiction correcte de l'arrangement local des paires d'électrons autour d'un atome lorsque celui-ci peut être choisi sans ambiguïté comme atome central. En revanche, son application est beaucoup plus problématique quand il s'agit de prévoir la géométrie globale de molécules complexes. En particulier, il n'est pas possible d'expliquer pourquoi chez les allènes les substituants sont situés dans des plans perpendiculaires.

H

H C

H

C

C H

Ce fait sera expliqué quand on utilisera le modèle quantique pour rendre compte de la formation des liaisons...