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Objectifs d'apprentissage
- Différencier les liaisons ioniques, covalentes et métalliques
Types de liaisons chimiques
Les réactions chimiques se produisent lorsque les électrons de divers atomes se réarrangent de sorte qu'il existe une force d'attraction nette entre les atomes appelée liaisons chimiques. Ces liaisons chimiques sont de trois types : ionique, covalente et métallique.
Liaison ionique : transfert d'électrons
DansChapitre 2, nous avons discuté de la façon dont les électrons sont transférés d'un métal à un non-métal de sorte que les deux atomes aient un octet dans leur coquille de cantonnière. Le cation et l'anion produits à partir de ce processus sont maintenus ensemble par des forces électrostatiques pour former une liaison ionique. Par exemple, le transfert de deux électrons à deux atomes de brome entraîne la formation du composé ionique, le bromure de magnésium.
Liaison covalente : Partage d'électrons*
Une liaison covalente se produit lorsque des atomes (généralement des non-métaux)partagerleurs électrons de valence les uns avec les autres afin qu'ils aient chacun un octet complet (ou un duo dans le cas de l'hydrogène).
Ce concept peut être illustré en utilisant deux atomes d'hydrogène, dont chacun a un seul électron dans sa couche de valence. (Pour les petit* atomes tels que les atomes d'hydrogène, la couche de valence sera la première couche, qui ne contient que deux électrons.) Nous pouvons représenter les deux atomes d'hydrogène individuels comme suit :
En revanche, lorsque deux atomes d'hydrogène se rapprochent suffisamment pour partager leurs électrons, ils peuvent être représentés comme suit :
En partageant leurs électrons de valence, les deux atomes d'hydrogène ont maintenant deux électrons dans leurs couches de valence respectives. Parce que chaque couche de valence est maintenant remplie, cet arrangement est plus stable que lorsque les deux atomes sont séparés. Le partage d'électrons entre les atomes est appelé une liaison covalente, et les deux électrons qui relient les atomes dans une liaison covalente sont appelés une paire d'électrons de liaison. Un groupe discret d'atomes reliés par des liaisons covalentes est appelé une molécule - la plus petite partie d'un composé qui conserve l'identité chimique de ce composé.
Les chimistes utilisent fréquemment des diagrammes de Lewis pour représenter la liaison covalente dans les substances moléculaires. Par exemple, les diagrammes de Lewis de deux atomes d'hydrogène séparés sont les suivants :
Le diagramme de Lewis de deux atomes d'hydrogène partageant des électrons ressemble à ceci :
Cette représentation des molécules est encore simplifiée en utilisant un tiret pour représenter une liaison covalente. La molécule d'hydrogène est alors représentée comme suit :
N'oubliez pas que le tiret, également appelé liaison simple, représente unepaired'électrons.
Collage métallique
Un troisième type majeur de liaison chimique estcollage métallique. Alors que les liaisons ioniques relient les métaux aux non-métaux et que les liaisons covalentes relient les non-métaux entre eux,la liaison métallique relie une masse d'atomes métalliques. Une substance métallique peut être un élément pur (par exemple une feuille d'aluminium, des fils de cuivre) ou un mélange de deux éléments ou plus dans unalliage(ex. cuivres, bijoux "or blanc"). Les métaux ont tendance à avoir des points de fusion et des points d'ébullition élevés, ce qui suggère des liens solides entre les atomes. Même un métal mou comme le sodium (point de fusion 97,8°C) fond à une température considérablement plus élevée que l'élément (néon) qui le précède dans le tableau périodique. Cependant, contrairement aux composés ioniques, les métaux sont généralement malléables plutôt que cassants, ce qui suggère qu'ils ne forment pas une structure de réseau rigide d'ions chargés de manière opposée; Cependant, les métaux ne forment pas non plus de molécules liées comme les composés covalents. Un modèle de liaison différent est nécessaire pour expliquer les propriétés des substances métalliques. Dans les années 1900, Paul Drüde a inventé le "mer d'électrons" la théorie des liaisons métalliques en modélisant les métaux comme un mélange de noyaux atomiques (noyaux atomiques = noyaux positifs + enveloppe interne d'électrons) et d'électrons de valence.
Le modèle de la mer électronique **
Prenons l'exemple du sodium métallique. Le sodium a la structure électronique 1s22s22p63s1. Lorsque les atomes de sodium se rejoignent, l'électron de l'orbitale atomique 3s d'un atome de sodium peut partager l'espace avec l'électron correspondant sur un atome voisin pour former une liaison - à peu près de la même manière qu'une liaison covalente est formée. La différence, cependant, est que chaque atome de sodium est touché par huit autres atomes de sodium - et le partage se produit entre l'atome central et les orbitales 3s surtousdes huit autres atomes. Chacun de ces huit est à son tour touché par huit atomes de sodium, qui à leur tour sont touchés par huit atomes - et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous ayez absorbé tous les atomes de ce morceau de sodium.Tousdes électrons 3s sur tous les atomes sont partagés dansnon directionnelliaisons qui s'étendent sur toute la pièce de métal. Les électrons peuvent se déplacer librement dans le morceau de métal, et ainsi chaque électron se détache de son atome parent. On dit que les électrons sontdélocalisé. Le métal est maintenu ensemble par les fortes forces d'attraction entre les noyaux positifs et les électrons délocalisés (Figure \(\PageIndex{1}\)).
Figure \(\PageIndex{1}\) :Liaison métallique : modèle de la mer d'électrons : noyaux atomiques positifs (cercles orange) entourés d'une mer d'électrons délocalisés (cercles jaunes).
Ceci est parfois décrit comme "un réseau d'ions positifs dans une mer d'électrons". Si vous comptez utiliser cette vue, méfiez-vous ! Un métal est-il composé d'atomes ou d'ions ? Il est composé d'atomes.Chaque centre positif dans le diagramme représente tout le reste de l'atome à l'exception de l'électron externe, mais cet électron n'a pas été perdu - il peut ne plus avoir de lien avec un atome particulier, mais il est toujours là dans la structure. Le sodium métal s'écrit donc \(\ce{Na}\), et non \(\ce{Na^+}\).
Détermination du type d'obligation
Au fur et à mesure que nous approfondirons la liaison, vous découvrirez bientôt que la différence entre les liaisons ioniques, covalentes et métalliques est davantage un spectre plutôt que des frontières distinctes séparant clairement les trois types de liaison. Pour les distinguer, nous devons discuter du concept d'électronégativité (\(\chi\)), qui est une mesure de la quantité d'électron attiré par un atome dans une liaison, et est couvert dans la section 8.7 de ce chapitre. Dans cette section, nous verrons que le fluor est l'élément le plus électronégatif avec une valeur de 4, tandis que le francium et le césium sont les moins électronégatifs avec une valeur de 0,7.
Une "règle empirique" est que des liaisons ioniques se produisent lorsque \ (\ Delta \ chi) \), la différence d'électronégativité, est supérieure à 2, et une liaison covalente ou métallique se produit lorsqu'elle est inférieure à 0,5, avec une liaison métallique se produisant lorsque l'électronégativité moyenne est inférieure à 2 et covalente lorsque la moyenne est supérieure à deux. Ceci peut être expliqué par le diagramme de van Arkel-Ketelaar.
Fig.8.1.1 : diagramme de van Arkel-Ketelaar montrant comment l'électronégativité peut être utilisée pour distinguer les trois types de liaisons chimiques. Les trois coins du diagramme représentent les extrêmes
- En bas à gauche : des liaisons métalliques se produisent entre des atomes de faible électronégativité
- En bas à droite : des liaisons covalentes se produisent entre des atomes de haute électronégativité
- En haut au milieu : des liaisons ioniques se produisent entre un atome d'électronégativité élevée et un atome d'électronégativité faible.
Il faut comprendre que les liaisons réelles peuvent être un mélange de celles-ci, et par exemple, de nombreuses liaisons covalentes sont covalentes polaires, et nous aborderons cela dans la section 8.7.
La vidéo 8.1.1 (3:53 Youtube téléchargée par Richard Thornley) passe en revue le diagramme de van Arkel-Ketelaar plus en détail.
La majeure partie de ce chapitre traite des liaisons covalentes, mais il est important de réaliser qu'il existe également des liaisons ioniques et métalliques. Dans tous ces cas, nous considérons que les liaisons se produisent par le biais d'interactions des électrons de la couche de valence, et que les électrons du noyau sont trop étroitement liés au noyau parent pour être impliqués dans la liaison.
Contributeurs
- *Source primaire
- **Source primaire
- Modifié par Ronia Kattoum (UA de Little Rock)
