Chapitre 5 : Théorie de la Répulsion des Paires d'Électrons (Théorie VSEPR)

 

Chapitre 5 : Théorie de la Répulsion des Paires d'Électrons (Théorie VSEPR)

Introduction à la Théorie VSEPR

La Théorie de la Répulsion des Paires d'Électrons (VSEPR, pour Valence Shell Electron Pair Repulsion) est une théorie utilisée en chimie pour prédire la géométrie des molécules. Elle repose sur le principe que les paires d'électrons autour d'un atome central se disposent de manière à minimiser les répulsions entre elles. Cette théorie est essentielle pour comprendre les structures tridimensionnelles des molécules et ainsi, prédire leurs propriétés chimiques et physiques.

1. Principes Fondamentaux de la Théorie VSEPR

1- Les Paires d'Électrons Autour de l'Atome Central :

  • Les électrons de valence autour d'un atome central se regroupent en paires.
  • Ces paires d'électrons peuvent être des paires liantes (formant des liaisons covalentes avec d'autres atomes) ou des paires non liantes (paires libres).

2- Répartition Maximale :

  • Les paires d'électrons se disposent de manière à maximiser leur distance relative, minimisant ainsi les forces de répulsion entre elles.
  • Cette disposition optimale détermine la forme géométrique de la molécule.

3- Types de Paires d'Électrons :

  • Paires Liantes : Impliquées dans la formation de liaisons chimiques.
  • Paires Non Liantes : Non impliquées dans les liaisons, mais influencent la géométrie moléculaire.

2. Géométrie des Molécules selon la Théorie VSEPR

La géométrie d'une molécule dépend du nombre de paires d'électrons autour de l'atome central. Voici les géométries les plus courantes :

2.1. Géométrie Linéaire

  • Exemple : CO₂ (Dioxyde de carbone)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 2 paires de liaisons
  • Angle de Liaison : 180°

2.2. Géométrie Triangulaire Plan

  • Exemple : BF₃ (Trifluorure de bore)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 3 paires de liaisons
  • Angle de Liaison : 120°

2.3. Géométrie Tétraédrique

  • Exemple : CH₄ (Méthane)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 4 paires de liaisons
  • Angle de Liaison : 109,5°

2.4. Géométrie Pyramide Trigonale

  • Exemple : NH₃ (Ammoniac)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 3 paires de liaisons + 1 paire non liantes
  • Angle de Liaison : Environ 107°

2.5. Géométrie Coudée (ou Angulaire)

  • Exemple : H₂O (Eau)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 2 paires de liaisons + 2 paires non liantes
  • Angle de Liaison : Environ 104,5°

2.6. Géométrie Trigonale Bipyramidal

  • Exemple : PF₅ (Pentafluorure de phosphore)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 5 paires de liaisons
  • Angles de Liaison : 90° et 120°

2.7. Géométrie Octaédrique

  • Exemple : SF₆ (Hexafluorure de soufre)
  • Nombre de Paires d'Électrons : 6 paires de liaisons
  • Angle de Liaison : 90°

3. Prédiction de la Géométrie à l'Aide de la Théorie VSEPR

Pour prédire la géométrie d'une molécule, suivez ces étapes :

1- Déterminez le Nombre Total d'Électrons de Valence : Additionnez les électrons de tous les atomes de la molécule.

2- Formez la Structure de Lewis : Disposez les électrons de valence pour former des liaisons et des paires libres autour de l'atome central.

3- Identifiez le Nombre de Paires d'Électrons : Comptez les paires de liaisons et les paires non liantes autour de l'atome central.

4- Déterminez la Géométrie : Utilisez le modèle VSEPR pour prévoir la géométrie la plus stable en minimisant les répulsions entre les paires d'électrons.

4. Exemples et Applications

Exemple 1 : CO₂ (Dioxyde de Carbone)

  • Structure de Lewis : O=C=O
  • Nombre de Paires d'Électrons : 2 paires de liaisons
  • Géométrie : Linéaire

Exemple 2 : NH₃ (Ammoniac)

  • Structure de Lewis : H-N-H avec une paire libre sur l'atome de N
  • Nombre de Paires d'Électrons : 3 paires de liaisons + 1 paire non liantes
  • Géométrie : Pyramide trigonale

Exemple 3 : H₂O (Eau)

  • Structure de Lewis : H-O-H avec deux paires libres sur l'atome de O
  • Nombre de Paires d'Électrons : 2 paires de liaisons + 2 paires non liantes
  • Géométrie : Coudée

5. Conclusion

La théorie VSEPR est un outil puissant pour prédire et comprendre la géométrie des molécules. En suivant les principes de cette théorie, il est possible de déterminer les formes tridimensionnelles des molécules, ce qui est essentiel pour comprendre leurs propriétés chimiques et physiques.

6. Références et Ressources

  • Livres de Référence : "Chimie générale" par Raymond Chang, "Principes de chimie" par Atkins et Jones.
  • Ressources en Ligne : Khan Academy, ChemGuide, Wolfram Alpha.