Chapitre 2: Théorie des Orbitales Moléculaires

 

Chapitre II : Théorie des Orbitales Moléculaires

I. Théorie LCAO - OM (Linear Combination of Atomic Orbitals - Molecular Orbitals)

1.1 Description des orbitales moléculaires liantes et antiliantes de H2

1.1.1. Principe de superposition

  • Combinaison linéaire des orbitales atomiques (LCAO) : Les orbitales moléculaires sont formées par la superposition des orbitales atomiques des atomes constituant la molécule.
  • Orbitales liantes et antiliantes : La superposition d'orbitales atomiques peut produire des orbitales liantes (constructives) ou antiliantes (destructives).

1.1.2. Molécule de H2

  • Formation d'orbitale liant : Lorsque deux orbitales 1s1s des atomes d'hydrogène se superposent de manière constructive, elles forment une orbitale moléculaire liante (σ1s\sigma_{1s}).
  • Formation d'orbitale antiliant : La superposition destructive des orbitales 1s forme une orbitale moléculaire antiliante (σ1s\sigma^*_{1s}).

1.1.3. Énergie des orbitales

  • Orbitale liante (
    \sigma_{1s}
    )
    : A une énergie inférieure aux orbitales atomiques individuelles.
  • Orbitale antiliante (

    \sigma^*_{1s}
    )
    : A une énergie supérieure aux orbitales atomiques individuelles.

1.2 Diagramme énergétique des molécules et He2

1.2.1. Molécule H2

  • Diagramme de niveaux d'énergie : Montre les énergies des orbitales atomiques 1s1s et les orbitales moléculaires résultantes (σ1s\sigma_{1s} et σ1s\sigma^*_{1s}).
  • Occupation des orbitales : Les deux électrons de H2\text{H}_2 occupent l'orbitale liante σ1s\sigma_{1s}.

1.2.2. Molécule He2
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  • Diagramme de niveaux d'énergie : Similaire à celui de H2\text{H}_2, mais avec quatre électrons.
  • Occupation des orbitales : Deux électrons occupent σ1s\sigma_{1s} (liant), et deux autres occupent σ1s\sigma^*_{1s} (antiliant).
  • Ordre de liaison : L'ordre de liaison de He2\text{He}_2 est nul, ce qui signifie que la molécule n'est pas stable.

1.3 Molécules diatomiques des éléments de la deuxième période

1.3.1. Orbitales moléculaires pour les molécules diatomiques

  • Configuration électronique : Combinaison des orbitales 2s et 2p des atomes de la deuxième période.
  • Formation des orbitales moléculaires :
    • Les orbitales 2s2s forment σ2set σ2s
    • Les orbitales 2p2p forment σ2pz, π2px} et π2py, ainsi que leurs orbitales antiliantes correspondantes σ2pz et π2py

1.3.2. Diagrammes énergétiques

  • :
    • Les électrons occupent les orbitales σ2s, σ2s, σ2pz, π2px et π2py.
    • L'ordre de liaison est 3, ce qui correspond à une triple liaison.
  • :
    • Les électrons occupent également π2px∗, et π2py, donnant un ordre de liaison de 2, ce qui correspond à une double liaison.

II. Molécules Polyatomiques AXn

II.1 Théorie d'hybridation des orbitales atomiques sp3

II.1.1. Hybridation sp3

  • Principe : Combinaison d'une orbitale 2s et de trois orbitales 2p pour former quatre orbitales sp3
  • Géométrie : Les orbitales sp3 sont orientées vers les sommets d'un tétraèdre, avec un angle de 109,5°.
  • Exemple : Le méthane (CH4).

II.2 Théorie d'hybridation des orbitales atomiques sp2

II.2.1. Hybridation sp2

  • Principe : Combinaison d'une orbitale 2et de deux orbitales 2p pour former trois orbitales sp2.
  • Géométrie : Les orbitales sp2 sont orientées dans un plan trigonal avec un angle de 120°.
  • Exemple : L'éthylène (C2H4).

II.3 Théorie d'hybridation des orbitales atomiques sp

II.3.1. Hybridation sp

  • Principe : Combinaison d'une orbitale 2s et d'une orbitale 2p pour former deux orbitales sp.
  • Géométrie : Les orbitales spsp sont orientées linéairement avec un angle de 180°.
  • Exemple : L'acétylène (C2H2).

Résumé et Perspectives

  • Théorie LCAO-OM : Explication des orbitales liantes et antiliantes, ainsi que des diagrammes énergétiques pour les molécules diatomiques.
  • Hybridation : Description des hybridations sp3, sp2 et sp, avec des exemples de géométries moléculaires correspondantes.
  • Applications : Compréhension des structures et des propriétés des molécules, crucial pour la chimie et les sciences des matériaux.