Géométrie des molécules : exercices corrigés de Première

Électrons externes : $n_t = 4 + 4\times 1 = 8$ ¹.

Nombre de doublets : $8 / 2 = 4$. Ils sont tous liants : quatre liaisons C–H, et le carbone respecte l'octet.

Composants du carbone : 4 atomes d'hydrogène et 0 doublet non liant, soit 4 composants ².

Quatre composants conduisent en théorie à un tétraèdre régulier, avec des angles d'environ 109,5° ³.

Aucun doublet non liant ne vient déformer cette disposition : le méthane est donc tétraédrique, avec des angles proches de 109,5°.

Le modèle de Lewis représente la molécule dans un plan et y place tous les doublets liants et non liants ¹.

Il indique quels atomes sont liés entre eux, mais ne donne aucune indication sur leur répartition dans l'espace à trois dimensions ¹.

Camille confond donc le dessin et la molécule : le papier est plat, pas forcément la molécule.

La molécule d'ammoniac est en réalité une pyramide trigonale, avec des angles de liaison de 107° ³ : elle n'est pas plate.

Pour connaître la forme, il faut passer du schéma de Lewis au raisonnement sur les composants de l'atome central ².

Électrons externes : $n_t = 5 + 3\times 1 = 8$ ¹, soit $8/2 = 4$ doublets.

Trois liaisons N–H utilisent 3 doublets liants.

Il reste $4 - 3 = 1$ doublet non liant, porté par l'azote. L'azote partage trois de ses cinq électrons de valence avec les hydrogènes, et les deux derniers forment ce doublet ³.

Composants de l'azote : 3 atomes d'hydrogène et 1 doublet non liant, soit $3+1 = 4$ composants ².

Électrons externes : $n_t = 4 + 2\times 6 = 16$ ¹.

Nombre de doublets : $16/2 = 8$. Chaque oxygène est lié au carbone par deux liaisons (double liaison) et porte deux doublets non liants ; le carbone respecte ainsi l'octet, comme chaque oxygène.

Composants du carbone : 2 atomes d'oxygène et aucun doublet non liant, soit 2 composants ².

Avec 2 composants, la disposition est linéaire, avec un angle de 180° entre les atomes périphériques ².

La molécule $\text{CO}_2$ est donc linéaire : O–C–O forme un angle de 180°.

Écart d'angle : $109{,}5 - 107 = 2{,}5$ degrés. Les liaisons N–H se sont donc rapprochées de 2,5° environ par rapport au tétraèdre régulier ³.

Avec quatre composants, un tétraèdre régulier serait attendu, avec des angles d'environ 109,5° ³.

Le doublet non liant de l'azote exerce une répulsion sur les trois hydrogènes et les pousse à se rapprocher entre eux ³. Tous les composants cherchent à s'écarter au maximum les uns des autres ².

Les atomes forment donc une pyramide déformée par rapport au tétraèdre, avec des angles de liaison de 107° ³ : la forme est une pyramide trigonale (classe AX₃E₁) ³.

Électrons externes : $n_t = 3 + 3\times 7 = 24$ ¹.

Nombre de doublets : $24/2 = 12$ : 3 doublets liants B–F et 9 doublets non liants (3 sur chaque fluor).

Le bore porte 3 atomes de fluor et aucun doublet non liant : il compte 3 composants ².

L'azote de l'ammoniac compte 4 composants dont un doublet non liant, qui conduit à une pyramide déformée ³.

À l'inverse, le trifluorure de bore est plat ³ : ses 3 composants, tous des atomes, s'écartent au maximum dans un même plan, à 120° les uns des autres.

Le nombre de composants et la présence d'un doublet non liant sur l'atome central expliquent la différence de forme entre les deux molécules.

Électrons externes : $n_t = 6 + 3\times 6 + 2 = 26$ ¹, soit $26/2 = 13$ doublets.

Trois liaisons simples S–O utilisent 3 doublets liants.

Chaque oxygène complète son octet avec 3 doublets non liants : $3\times 3 = 9$ doublets.

Il reste $13 - 3 - 9 = 1$ doublet non liant, porté par le soufre.

Composants du soufre : 3 atomes d'oxygène et 1 doublet non liant, soit 4 composants ².

Cette situation est celle d'un atome central lié à trois atomes avec un doublet non liant : classe AX₃E₁, géométrie pyramidale trigonale ³. L'ion sulfite est d'ailleurs cité parmi les exemples de cette géométrie ³.