L’ Hybridation DES Orbitales Atomiques PDF

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Science de la vie UE de l'atome à la molécule
L1 SVT ...

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Chimie des solutions

CHAPITRE 5 – L’HYBRIDATION DES ORBITALES ATOMIQUES 1

Introduction ..................................................................................................................................... 2

2

Orbitale atomique hybride............................................................................................................... 2 2.1

Hybridation sp3 ........................................................................................................................ 2

2.1.1

Cas du carbone ................................................................................................................ 2

2.1.2

Autres atomes hybridés sp3 ............................................................................................. 5

2.2

Hybridation sp2 ........................................................................................................................ 6

2.2.1

Combinaison d’1 OA s et de 2 OA p ................................................................................. 6

2.2.2

Recouvrement d’une OAH sp2 et d’une OA s ................................................................... 8

2.2.3

Recouvrement d’une OAH sp3, sp2 ou sp et d’une OAH sp3, sp2 ou sp ............................ 8

2.2.4

Autres atomes hybridés sp2 ........................................................................................... 10

2.3

Hybridation sp........................................................................................................................ 11

2.3.1

Combinaison d’une OA s et d’une OA p ......................................................................... 11

2.3.2

Cas de carbone .............................................................................................................. 11

2.3.3

Cas de l’azote................................................................................................................. 13

2.3.4

Cas de l’oxygène ............................................................................................................ 14

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Chapitre 5 – L’hybridation des orbitales atomiques

Chimie des solutions

1

INTRODUCTION

Développée par Pauling, l’hybridation des orbitales est une approche mathématique combinant les fonctions d’onde des orbitales s et p pour donner de nouvelles fonctions d’onde correspondant à de nouvelles orbitales appelées « orbitales atomiques hybrides ». C’est à partir de la géométrie des molécules qu’a été déterminée l’hybridation.

2

ORBITALE ATOMIQUE HYBRIDE

2.1

HYBRIDATION sp3

2.1.1 CAS DU CARBONE On considère la molécule de Méthane CH4. A l’état fondamental, le carbone est ainsi : 𝐶 (𝑍 = 6): 1𝑠 2 2𝑠2 2𝑝2

On peut également faire une migration, dans la plupart des cas :

LONGUEUR DES LIAISONS :

ANGLE DE LIAISON : Les orbitales 2p du C sont à 90°, alors que les angles de liaisons dans CH4 sont de 109,5°. Cela est du à l’hybridation des orbitales : deux orbitales atomiques pures d’un même atome peuvent se combiner pour conduire à deux orbitales atomiques hybrides.

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Chimie des solutions COMBINAISON D’UNE OA 2S ET DE 3 OA 2P : Cela nous donne 4 OA de type sp3 :

Dans les molécules organiques, cette géométrie en carbone tétraédrique se retrouve notamment à chaque fois que l’atome de carbone est tétravalent (AX4).

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Chimie des solutions RECOUVREMENT D’UNE OAH SP3 ET D’UNE OA S : Le recouvrement d’une OAH sp3 et d’une OA s conduit à une liaison σ :

On peut le voir notamment lorsque l’on a le recouvrement d’une orbitale hybride sp3 et d’orbitales 1s de H : on obtient 4 liaisons σ C-H :

RECOUVREMENT DE PLUSIEURS OAH SP3 : Le recouvrement d’orbitale hybride sp3 conduit à une liaison σ :

Dans la molécule d’éthane, le recouvrement d’orbitales hybrides sp3 de C et d’orbitales 1s de H donne 6 liaisons σ C-H, et le recouvrement axial de deux orbitales hybrides sp3 de 2C donne une liaison σ C-C :

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2.1.2 AUTRES ATOMES HYBRIDES SP3 CAS DE L’AZOTE, EXEMPLE : NH3

CAS DE L’AZOTE, EXEMPLE : CH3NH2

CAS DE L’AZOTE, EXEMPLE : CH3CH2NH2

CAS DE L’OXYGÈNE, EXEMPLE : H2O

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Chimie des solutions CAS DE L’OXYGENE, EXEMPLE : CH3OH

CAS DE L’OXYGENE, EXEMPLE : CH3CH2OH

2.2

HYBRIDATION sp2

Cette hybridation explique l’agencement des orbitales atomiques d’un atome possédant trois groupements. Elle explique également la géométrie triangulaire d’une molécule (AX3, AX2E, AXE2). Elle permet de décrire, entre autres, l’arrangement des atomes possédant une double liaison.

2.2.1 COMBINAISON D’1 OA S ET DE 2 OA P La combinaison d’un orbitale atomique s et de deux orbitales atomiques p donne trois orbitales atomiques hybrides de type sp2.

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Chimie des solutions CAS DU CARBONE :

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2.2.2 RECOUVREMENT D’UNE OAH SP2 ET D’UNE OA S Le recouvrement d’une OAH sp2 et d’une OA s conduit à une liaison σ :

2.2.3 RECOUVREMENT D’UNE OAH SP3, SP2 OU SP ET D’UNE OAH SP3, SP2 OU SP Le recouvrement de deux OAH de types sp3, sp2 ou sp conduit à une liaison σ :

CAS DE LA MOLECULE D’ETHYLENE : La molécule d’éthylène est composée d’un recouvrement d’une orbitale hybride sp 3 de C et de trois orbitales 1s de H, qui nous donne 4 liaisons σ C-H, et d’un recouvrement axial de deux orbitales hybrides sp2 de 2C, qui nous donne une liaison σ C-C. Autour des C hybridés sp2, toutes les liaisons σ sont dans un même plan : les atomes de C et de H sont dans un même plan. Il reste une orbitale p pure sur chacun des atomes C, perpendiculaire aux liaisons σ :

On peut alors représenter la molécule ainsi :

Il ne peut pas y avoir de libre rotation autour d’une double liaison, les OA p devant être parallèles.

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Chimie des solutions CAS DE LA MOLECULE DE BENZENE : Dans la molécule de benzène, tous les atomes de C sont hybridés sp2. La molécule est donc plane :

Le squelette σ est celui-ci :

Au niveau du système π, il y a une orbitale p pure sur chacun des atomes C, perpendiculaire aux liaisons σ:

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2.2.4 AUTRES ATOMES HYBRIDES SP2 CAS DE L’AZOTE :

CAS DE L’OXYGENE :

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2.3

HYBRIDATION SP

L’hybridation sp explique l’agencement des orbitales atomiques d’un atome possédant deux groupements. Elle explique aussi la géométrie linéaire d’une molécule (AX2, AXE, …). Elle permet de décrire, entre autres, l’arrangement des atomes portant une triple liaison ou des doubles liaisons cumulées.

2.3.1 COMBINAISON D’UNE OA S ET D’UNE OA P La combinaison d’une orbital atomique s et d’une orbitale atomique p donne deux orbitales atomiques hybrides de type sp :

2.3.2 CAS DE CARBONE

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EXEMPLE : MOLECULE D’ACETYLENE

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Chimie des solutions On peut également voir :

2.3.3 CAS DE L’AZOTE

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2.3.4 CAS DE L’OXYGENE

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