L'eau H₂O et le dioxyde de carbone CO₂ ont tous deux un atome central…

Schémas de Lewis, géométrie et polarité · Géométrie et répulsion des doublets · niveau 3 (difficile)

Énoncé

L'eau $H X_{2} O$ et le dioxyde de carbone $CO X_{2}$ ont tous deux un atome central lié à deux atomes d'oxygène ou d'hydrogène — pourtant l'une est coudée et polaire, l'autre linéaire et apolaire. Expliquer l'origine structurale de cette différence, et proposer une conséquence physique observable pour chacune.

Corrigé

Tout vient des doublets non liants de l'atome central : l'oxygène de $H X_{2} O$ en porte deux, qui occupent deux sommets du tétraèdre de répulsion et plient la molécule ( $\approx 10 4^{\circ}$ ) ; le carbone de $CO X_{2}$ n'en porte aucun — les deux liaisons doubles se placent à l'opposé l'une de l'autre : molécule linéaire, effets des liaisons polarisées compensés. Conséquences : l'eau, polaire, est un solvant remarquable (sel, sucre — chapitre suivant) et ses molécules s'attirent fortement (ébullition à $100^{\circ}$ C, très élevée pour une si petite molécule) ; $CO X_{2}$ , apolaire, n'est un gaz condensable qu'à basse température ( $- 78, 5^{\circ}$ C pour la glace carbonique) et se dissout mal dans l'eau (d'où les bulles qui s'échappent du soda).