Chapitre 5 : Diagrammes de Lewis et Structure de Résonance
Introduction aux Diagrammes de Lewis
Les Diagrammes de Lewis, également appelés structures de Lewis ou formules de Lewis, sont des représentations visuelles des molécules et des ions qui montrent la disposition des électrons de valence autour des atomes. Ils sont essentiels pour comprendre la structure et la réactivité des composés chimiques.
1. Représentation des Électrons de Valence
1.1 Définition
Les électrons de valence sont les électrons situés dans la couche externe d'un atome. Ce sont eux qui participent aux liaisons chimiques et déterminent la réactivité de l'élément.
1.2 Règles pour Dessiner un Diagramme de Lewis
1- Déterminer le nombre total d'électrons de valence :
- Pour un atome neutre, le nombre d'électrons de valence est égal au numéro de groupe dans le tableau périodique.
- Pour les ions, ajouter ou soustraire des électrons en fonction de la charge.
2- Identifier l'atome central :
- Généralement, l'atome central est l'atome le moins électronégatif, sauf pour l'hydrogène qui ne peut jamais être l'atome central.
3- Dessiner les liaisons :
- Reliez les atomes par des paires d'électrons (liens simples, doubles, ou triples).
4- Distribuer les électrons restants :
- Complétez les octets des atomes périphériques (excepté l'hydrogène qui a un duet).
5- Vérifier la règle de l'octet :
- Chaque atome (sauf l'hydrogène) doit avoir 8 électrons autour de lui (2 pour l'hydrogène).
1.3 Exemples
Molécule d'eau (H₂O) :
- Oxygène (groupe 16) a 6 électrons de valence.
- Hydrogène (groupe 1) a 1 électron de valence.
- Structure : O au centre, lié à 2 H par des liaisons simples. Compléter les octets de l'oxygène avec des électrons non-liants.
Dioxyde de carbone (CO₂) :
- Carbone (groupe 14) a 4 électrons de valence.
- Oxygène (groupe 16) a 6 électrons de valence.
- Structure : C au centre, lié à deux O par des doubles liaisons.
Structures de Résonance
Les structures de résonance sont des représentations alternatives d'une molécule ou d'un ion qui ne peuvent pas être représentées de manière adéquate par une seule structure de Lewis. Elles sont utilisées pour montrer la délocalisation des électrons dans une molécule.
2. Représentation des Structures de Résonance
2.1 Définition
Les structures de résonance sont des formes de Lewis différentes qui représentent la même molécule ou ion. Elles diffèrent par la position des électrons de liaison ou des électrons non-liants, mais la position des atomes reste la même.
2.2 Règles pour Dessiner les Structures de Résonance
1- Identifier les électrons délocalisés :
- Cherchez les électrons pi ou les paires non-liantes qui peuvent se déplacer.
2- Dessiner les différentes structures possibles :
- Représentez chaque forme avec une distribution différente des électrons, en respectant la règle de l'octet.
3- Utiliser des flèches de résonance :
- Indiquez les différentes structures en les reliant par des flèches doubles (↔).
4- Vérifier la stabilité des structures :
- Les structures de résonance contribuent à la structure réelle (hybride de résonance). La plus stable est celle où les charges sont minimisées et les octets sont complets.
2.3 Exemples
Ion nitrate (NO₃⁻) :
- Azote (groupe 15) a 5 électrons de valence.
- Oxygène (groupe 16) a 6 électrons de valence.
- La structure de résonance montre trois formes où les charges et les doubles liaisons sont déplacées entre les oxygènes.
Ion sulfate (SO₄²⁻) :
- Soufre (groupe 16) a 6 électrons de valence.
- Oxygène (groupe 16) a 6 électrons de valence.
- Quatre structures de résonance montrent différentes distributions des doubles liaisons et des charges.
Conclusion
Les Diagrammes de Lewis et les structures de résonance sont des outils essentiels pour comprendre les structures moléculaires et les propriétés des composés chimiques. Ils permettent de visualiser la distribution des électrons et de prédire la réactivité et la stabilité des molécules et des ions. La maîtrise de ces concepts est fondamentale pour les études avancées en chimie et la résolution des problèmes de chimie organique et inorganique.