Pourquoi les molécules ont-elles une forme précise ?
Les doublets d’électrons autour de l’atome central fixent la forme d’une molécule. Chaque doublet a une charge négative : les doublets se repoussent donc et restent aussi loin que possible les uns des autres. Les autres atomes se placent dans les directions de ces doublets.
Pour trouver la forme, compte deux choses sur l’atome central :
- Liaison : un doublet d’électrons qui relie l’atome central à un autre atome.
- Doublet non liant : un doublet d’électrons de l’atome central qui ne participe pas à une liaison. Il repousse les autres doublets, mais il n’est pas compté dans le nom de la forme, car les formes sont nommées d’après les positions des atomes.
Chaque liaison ou doublet non liant s’appelle un domaine. Avec 2 domaines, ils sont sur une même ligne. Avec 3 domaines, ils pointent vers les sommets d’un triangle. Avec 4 domaines, ils pointent vers les sommets d’un tétraèdre.
Tableau : trouver la forme à partir des liaisons et des doublets non liants
| Liaisons | Doublets non liants | Forme de la molécule | Angle de liaison | Exemple |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 0 | Linéaire | 180° | CO2 |
| 3 | 0 | Triangulaire plane | 120° | BF3 |
| 2 | 1 | Coudée | ≈118° | SO2 |
| 4 | 0 | Tétraédrique | 109.5° | CH4 |
| 3 | 1 | Pyramide trigonale | ≈107° | NH3 |
| 2 | 2 | Coudée | ≈104.5° | H2O |
CH4, NH3 et H2O ont tous 4 domaines. Mais un doublet non liant repousse plus fortement qu’une liaison : l’angle de liaison diminue donc quand on ajoute des doublets non liants. Certains cours appellent la forme coudée « angulaire ».
Essaie les formes des molécules dans l’application Nalukh chem
Ajoute et retire des liaisons et des doublets non liants, et regarde comment la forme et l’angle changent. Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit. Sans compte, tu as accès à 2 chapitres et 5 simulateurs.
Comment utiliser le simulateur ?
- Le simulateur s’ouvre sur une molécule à 4 liaisons sans doublet non liant. La carte en haut à gauche indique le nom de la forme, l’angle de liaison et les nombres de liaisons et de doublets non liants.
- Dans le panneau du bas, utilise les boutons − et + de la ligne Liaison pour faire varier les liaisons de 2 à 4.
- Dans la ligne Doublet non liant, ajoute ou retire des doublets non liants, de 0 à 2. Dès que la somme des liaisons et des doublets non liants atteint 4, le bouton + ne fonctionne plus. Retire donc une liaison avant d’ajouter un doublet non liant.
- Les boutons CO2, BF3, H2O, NH3 et CH4 de la ligne Exemple : affichent une molécule toute prête.
- Le bouton jaune en haut à droite revient à l’état de départ.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Passe du bouton CH4 à NH3, puis à H2O. Comment la forme et l’angle changent-ils ? Réponse : tétraédrique 109.5°, pyramide trigonale ≈107°, coudée ≈104.5°.
- Règle Liaison sur 2 et Doublet non liant sur 0, puis ajoute les doublets non liants un par un. Réponse : linéaire 180°, coudée ≈118°, coudée ≈104.5°.
- Compare BF3 et NH3. Les deux ont 3 liaisons : pourquoi leurs formes sont-elles différentes ? Réponse : l’azote a 1 doublet non liant, et le bore n’en a pas.
Erreurs fréquentes
- Croire que l’eau est linéaire. La formule s’écrit sur une ligne, H–O–H, mais l’oxygène a 2 doublets non liants, donc la molécule est coudée.
- Compter un doublet non liant comme un atome. NH3 a 4 domaines mais 3 hydrogènes. C’est pourquoi on parle de pyramide trigonale, et non de forme tétraédrique.
Sur quoi la forme agit-elle ?
Une molécule d’eau est coudée : sa charge est donc répartie de façon inégale, et c’est une molécule polaire. C’est pourquoi l’eau dissout bien le sel et le sucre. Les liaisons de CO2 sont polaires, mais la molécule est droite : la charge est donc répartie de façon égale des deux côtés, et la molécule dans son ensemble est apolaire.
Pour découvrir les cas à 5 et 6 domaines et la géométrie électronique, lis le guide de la méthode VSEPR.
