Les angles mesurés valent dans, dans et dans

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

Énoncé

Les angles mesurés valent $109, 5^{\circ}$ dans $CH X_{4}$ , $10 7^{\circ}$ dans $NH X_{3}$ et $104, 5^{\circ}$ dans $H X_{2} O$ .

Qu'ont en commun ces trois entités du point de vue des doublets ?
Proposer une explication de la décroissance des angles.
Prévoir la géométrie et l'ordre de grandeur de l'angle dans $H X_{3} O X^{+}$ .

Corrigé

1. Toutes trois ont quatre doublets autour de l'atome central, donc quatre directions de répulsion pointant vers les sommets d'un tétraèdre. Ce qui les distingue est le nombre de doublets non liants : $0$ , $1$ puis $2$ .

2. Un doublet non liant n'est retenu que par un noyau ; il reste donc plus près de l'atome central et occupe un domaine angulaire plus large qu'un doublet liant, partagé entre deux noyaux et étiré entre eux. Répulsion plus forte $\Rightarrow$ il écarte davantage les liaisons voisines, donc referme l'angle entre elles. Chaque doublet non liant supplémentaire coûte environ $2, 5^{\circ}$ : $109, 5 \to 107 \to 104, 5$ .

3. $H X_{3} O X^{+}$ : $6 + 3 \times 1 - 1 = 8$ électrons, $4$ doublets, dont $3$ liants et $1$ non liant — la même répartition que $NH X_{3}$ . On prévoit donc une géométrie pyramidale et un angle voisin de $10 7^{\circ}$ .

Honnêteté du modèle : la valeur mesurée pour $H X_{3} O X^{+}$ est un peu plus grande, de l'ordre de $11 1^{\circ}$ . La répulsion des doublets donne la bonne tendance et la bonne forme ; elle ne prétend pas au degré près. C'est un modèle qualitatif, et il faut le dire.