Structure des molécules

 

 

I. Liaisons dans les molécules

1. Couche externe de l’atome

Définition: La couche externe d’un atome correspond à la dernière couche occupée par les électrons.

Exemples:

Atome

Numéro atomique

Structure électronique

Couche externe

He

Z=2

(K)2

(K)2

Ne

Z=10

(K)2(L)8

(L)8

C

Z=6

(K)2(L)4

(L)4

 

2. Liaison covalente

Définition: Une liaison covalente entre deux atomes correspond à la mise en commun entre ces deux atomes de deux électrons de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet liant.

Remarque:Le doublet liant, mis en commun entre les deux atomes, est considéré comme appartenant à chacun des atomes liés.

 

Nombre de liaisons covalentes établies par un atome:

Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est égal au nombre d'électrons qu'il doit acquérir pour saturer sa couche externe à un octet d'électrons (ou un duet pour l'atome d'hydrogène).

 

Exemples de calcul du nombre de liaisons pour des atomes fréquemment rencontrés

Atome

Numéro atomique

Structure électronique

Couche externe

Nombre de liaisons

H

Z=1

(K)1

(K)1

1

Cl

Z=17

(K)2(L)8(M)7

(M)7

1

O

Z=8

(K)2(L)6

(L)6

2

N

Z=7

(K)2(L)5

(L)5

3

C

Z=6

(K)2(L)4

(L)4

4

 

3. Doublets liants et non liants

Définitions:

*    Un doublet d’électrons correspond à deux électrons.

*    Les doublets liants ont été définis précédemment comme les doublets mis en commun entre deux atomes. Ce sont eux qui assurent les liaisons entre les atomes.

*    Les doublets non liants sont les paires d'électrons externes non impliqués dans une liaison covalente.

 

4. Formule de Lewis d’une molécule

La représentation de Lewis d'une molécule fait apparaître tous les atomes de la molécule ainsi que tous les doublets liants et non liants le cas échéant.

Dans la représentation de Lewis, la règle du "duet" doit être satisfaite pour chaque atome d'hydrogène et la règle de "l'octet" doit être satisfaite pour tous les autres atomes.

Exemples de formule de Lewis pour des atomes fréquemment rencontrés

Atome

Couche externe

Liaisons covalentes

Doublets non liants

Formule de Lewis

H

(K)1

1

0

C

(L)4

4

0

O

(L)6

2

2

N

(L)5

3

1

 

Exemples de formule de Lewis pour des molécules fréquemment rencontrées

Molécule

Formule brute

Formule développée

Formule de Lewis

Méthane

CH4

Eau

H2O

Ammoniac

NH3

Dioxyde de carbone

CO2

 

II. Géométrie des molécules

1. Doublets et géométrie

Autour d’un atome, les doublets adoptent des positions qui leurs permettent d’être éloignés au maximum les uns des autres.

Nombre de liaisons ou de doublets non liants

Position de l’atome

Directions vers lesquelles pointent les liaisons et les doublets non liants

Représentation dans l’espace

4

Centre d’un tétraèdre

Sommets du tétraèdre

3

Centre d’un tétraèdre

Sommets du triangle

2

Milieu d’un segment

Extrémités du segment

 

2. Géométrie des molécules simples

Nombre de liaisons et de doublets non liants portés par l’atome

Répartition des doublets (atome central)

Représentation de Cram

Modèle moléculaire

Géométrie

4

4 doublets liants

tétraédrique

4

3 doublets liants

1 doublet non liant

pyramidale à base triangulaire

4

2 doublets liants

2 doublets non liants

coudée

3

4 doublets liants

plane

3

4 doublets liants

plane

2

4 doublets liants

linéaire

 

III. Isomérie Z/E

1. Définition

On appelle isomères deux espèces chimiques ayant la même formule brute mais des propriétés physique ou chimiques différentes.

 

2. Isomérie Z/E

Il n’y a pas de possibilité de rotation autour d’une double liaison. Cette propriété entraîne l’existence d’une isomérie particulière, l’isomérie Z/E.

Pour qu’une isomérie Z/E existe, il est nécessaire que:

*    La molécule possède une double liaison.

*    Chaque atome engagé dans la double liaison soit lié à deux groupes d’atomes différents.

Exemple: La molécule de but-2-ène possède deux isomères:

(E)-but-2-ène

(Z)-but-2-ène

 

La photosynthèse est une transformation chimique permettant aux plantes, en présence de lumière, de synthétiser des espèces organiques

IV. Réactions photochimiques: le processus de la vision

1. Réactions photochimiques

Définition: Une réaction photochimique est une réaction chimique déclenchée par la lumière.

C’est l’énergie lumineuse absorbée par l’entité chimique qui va permettre cette transformation.

 

2. La vision

Le processus de la vision met en jeu une isomérisation photochimique.

La rétine contient des milliards de photorécepteurs (cônes et bâtonnets) qui contiennent des protéines appelées opsines. La molécule de Z-rétinal se fixe sur l’opsine. Sous l’action d’un photon, il subit une isomérisation et est transformé en E-rétinal. Sa géométrie change et elle se détache de l’opsine.

En réponse à ce changement, un message nerveux est transmis au nerf optique.