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Structure des entités chimiques

Cours · chimie (MPSI), chapitre 3 · CPGE MPSI (1re année) · le début du chapitre, la suite sur Adloun

Le schéma de Lewis de la molécule d'eau : deux liaisons et deux doublets non liants sur l'oxygène.

Pourquoi l'eau est-elle liquide et le dioxyde de carbone gazeux ? Pourquoi l'eau dissout-elle le sel ? Tout commence à l'échelle de la molécule : sa structure électronique (le schéma de Lewis), sa géométrie et sa polarité déterminent ses propriétés. Ce chapitre établit ces représentations à partir du tableau périodique ; le suivant en déduira les propriétés macroscopiques.

3.1 La liaison covalente et le schéma de Lewis

Définition 3.1Liaison covalente, électrons de valence

Une liaison covalente est la mise en commun d'un doublet d'électrons entre deux atomes. Seuls comptent les électrons de valence (couche externe), dont le nombre se lit dans le tableau périodique (blocs s et p) : H 1, C 4, N 5, O 6, F 7…

iRemarqueComplément non exigible

Les deux paragraphes et les deux figures qui suivent (règle de Klechkowski, cases quantiques, principe de Pauli, règle de Hund) sont un complément, non exigible : le programme de MPSI demande seulement de déterminer le nombre d'électrons de valence d'un élément des blocs s et p à partir de sa position dans le tableau périodique, ce que résume la troisième figure.

D'où vient ce nombre ? Les électrons d'un atome se répartissent en couches (indice ) et en sous-couches (, , ), remplies dans l'ordre de la règle de Klechkowski : par croissant, et à égal par croissant.

Chaque sous-couche se détaille en cases quantiques : une case reçoit au plus deux électrons, de spins opposés (Pauli), et les cases de même énergie se peuplent d'abord une à une, spins parallèles (Hund).

Les électrons de valence sont ceux de la couche externe (le le plus élevé) : c'est exactement ce que la place de l'élément dans la classification donne.

iRemarqueOrdres de grandeur

Une liaison covalente a une longueur de l'ordre de ( : pour , pour ) et une énergie de quelques centaines de ( pour une simple, pour une double, pour une triple).

Exercices du chapitre

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