Prédiction de la forme géométrique des particules

THÈME 6. Prédiction de la forme géométrique des particules.
Discussion :

1. Quelles sont les propriétés de la liaison covalente que vous connaissez ?

2. Quelle propriété de la liaison covalente détermine la configuration spatiale (la géométrie) des particules ?
   Pour décrire la structure spatiale des molécules, il est plus pratique d’utiliser le modèle d’hybridation des orbitales atomiques proposé par le scientifique américain L. Pauling.

3. Qu’est-ce que l’hybridation des orbitales atomiques ?

4. Quels types d’hybridation connaissez-vous ?

II. Synthèse et systématisation des connaissances des élèves.

1. Travail autonome : Examinez la configuration spatiale des particules :

2. Fluorure de béryllium – BeF₂.
   Illustration 1. Structure électronique de la molécule de fluorure de béryllium.

Hybridation sp des OA ; 2 liaisons σ
La molécule de BeF₂ est linéaire, l’angle de valence est de 180°.

2. Chlorure de bore – BCl₃.
   Illustration 2. Structure électronique de la molécule de chlorure de bore

Hybridation sp² des OA ; 3 liaisons σ
La molécule de BCl₃ est plane, triangulaire, l’angle de valence est de 120°.

3. Méthane – CH₄.
   Illustration 3. Structure électronique de la molécule de méthane

Hybridation sp³ des OA ; 4 liaisons σ
La molécule de CH₄ est tétraédrique, l’angle de valence est de 109°28′.

4. Ammoniac – NH₃.
   Illustration 4. Structure électronique de la molécule d’ammoniac

Hybridation sp³ des OA ; 3 liaisons σ
La molécule de NH₃ a une forme pyramidale régulière, l’angle de valence est de 107°03′.

5. Eau – H₂O.
   Illustration 5. Structure électronique de la molécule d’eau

Hybridation sp³ des OA ; 3 liaisons σ
La molécule de H₂O est coudée, l’angle de valence est de 104°05′.

6. Éthylène – C₂H₄.
   Illustration 6. Structure électronique de la molécule d’éthylène

Hybridation sp² des OA
La molécule de C₂H₄ est plane, triangulaire, l’angle de valence est de 120°.

2. Perfectionnement des compétences pour déterminer le type d’hybridation des orbitales atomiques et la géométrie des particules.
   Problème. Pour déterminer la structure des molécules en phase gazeuse, on utilise parfois la méthode d’électronographie, qui permet de déterminer les distances internucléaires dans une molécule à partir de l’intensité de la diffusion élastique des électrons. Selon les données expérimentales, les distances internucléaires dans la molécule NCl₃ sont : r(N–Cl) = 0,176 nm, r(Cl–Cl) = 0,283 nm.
   Déterminez quelle figure géométrique les noyaux des atomes forment dans cette molécule. Quel type d’hybridation de l’atome central permet de décrire cette structure moléculaire ?

Solution : Les trois liaisons N–Cl dans la molécule NCl₃ sont identiques.
La molécule peut avoir la forme d’un triangle équilatéral si l’atome d’azote se trouve dans le plan formé par les trois atomes de chlore :
Illustration 7. Structure électronique de la molécule de chlorure d’azote

Si l’atome d’azote se trouve hors de ce plan, la molécule a la forme d’une pyramide triangulaire.
Dans le premier cas, l’angle entre les liaisons est ∠Cl–N–Cl = 120°, dans le second cas ∠Cl–N–Cl ≠ 120°.

Pour déterminer cet angle, considérons le triangle isocèle ΔCl–N–Cl.
Selon le théorème du cosinus :
r(Cl–Cl)² = r(N–Cl)² + r(N–Cl)² – 2·r(N–Cl)²·cos(∠Cl–N–Cl), d’où
cos(∠Cl–N–Cl) = 1 – 0,283² / (2·0,176²) = –0,293 ;
∠Cl–N–Cl ≈ 107°

Cela signifie que la molécule a une forme de pyramide triangulaire.
L’atome central (azote) est en état d’hybridation sp³.

Réponse : pyramide triangulaire.
Hybridation sp³.

III. Conclusion de la leçon. Devoir à la maison.

1. Examinez la configuration spatiale des particules : SF₆, BF₃, C₂H₂.

2. Résolvez le problème : selon les données de l’électronographie, les distances internucléaires dans la molécule BI₃ sont : r(B–I) = 0,210 nm.
   Déterminez quelle figure géométrique forment les noyaux des atomes dans cette molécule.
   Déterminez le type d’hybridation de l’atome central.