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
- Formation d'orbitale liant : Lorsque deux orbitales des atomes d'hydrogène se superposent de manière constructive, elles forment une orbitale moléculaire liante ().
- Formation d'orbitale antiliant : La superposition destructive des orbitales ).
1.1.3. Énergie des orbitales
- Orbitale liante () : A une énergie inférieure aux orbitales atomiques individuelles.
- Orbitale antiliante () : 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 et les orbitales moléculaires résultantes ( et ).
- Occupation des orbitales : Les deux électrons de occupent l'orbitale liante .
1.2.2. Molécule He2
- Diagramme de niveaux d'énergie : Similaire à celui de , mais avec quatre électrons.
- Occupation des orbitales : Deux électrons occupent (liant), et deux autres occupent (antiliant).
- Ordre de liaison : L'ordre de liaison de 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 et des atomes de la deuxième période.
- Formation des orbitales moléculaires :
- Les orbitales forment et
- Les orbitales forment , et , ainsi que leurs orbitales antiliantes correspondantes et
- Les orbitales forment et
1.3.2. Diagrammes énergétiques
- :
- Les électrons occupent les orbitales , , , et .
- L'ordre de liaison est 3, ce qui correspond à une triple liaison.
- :
- Les électrons occupent également et , 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 et de trois orbitales pour former quatre orbitales
- Géométrie : Les orbitales sont orientées vers les sommets d'un tétraèdre, avec un angle de 109,5°.
- Exemple : Le méthane ().
II.2 Théorie d'hybridation des orbitales atomiques sp2
II.2.1. Hybridation
- Principe : Combinaison d'une orbitale et de deux orbitales pour former trois orbitales .
- Géométrie : Les orbitales sont orientées dans un plan trigonal avec un angle de 120°.
- Exemple : L'éthylène ().
II.3 Théorie d'hybridation des orbitales atomiques
II.3.1. Hybridation
- Principe : Combinaison d'une orbitale et d'une orbitale pour former deux orbitales .
- Géométrie : Les orbitales sont orientées linéairement avec un angle de 180°.
- Exemple : L'acétylène ().
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 , et , 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.