De la structure à la polarité des molécules - Le schéma de Lewis d'une entité (partie A)

Document 1 - Doublets et liaisons – Rappels de seconde

• Une liaison covalente est une liaison chimique dans laquelle deux atomes partagent deux électrons (un électron de chaque atome) de leur couche de valence afin de former un doublet d'électrons, liant les deux atomes.
• Dans le cas où une seule paire électrons est partagée, la liaison covalente est appelée "liaison simple". Si le partage se fait entre deux ou trois paires d'électrons, la liaison covalente s'appelle respectivement "liaison double" et "liaison triple". Les liaisons quadruples n’existent pas.
• Pour chacun des atomes liés, les électrons des couches de valence qui ne sont pas engagés dans des liaisons se regroupent par paires et forment des doublets non liants. Ces derniers ne constituent pas une liaison covalente.
  

Document 2 - Le schéma de Lewis - Méthode

En 1916, le chimiste Gilbert Newton Lewis proposa une représentation schématique plane des molécules : le schéma de Lewis. Cette représentation rend compte de la répartition des électrons de valence dans les molécules ou ions.

Sur ce schéma figurent :

• les doublets liants : ils sont situés entre deux atomes et assurent leur liaison. On les représente par un tiret ente les deux atomes mis en jeu ;
• les doublets non liants : ils ne sont pas utilisés pour former de liaisons. On les représente par un tiret autour de l'atome qui porte ces électrons.

Pour établir le schéma de Lewis, il faut prendre en compte les électrons de la couche de valence. Chacun est alors représenté par un (•) autour du symbole de l’élément étudié.

On admet que :

• les atomes s'engagent dans la formation d'un ion monoatomique, polyatomique ou d'une molécule pour obtenir la structure du gaz noble le plus proche (stabilisation par rapport  à son état isolé) ;
  
• l'ensemble des électrons mis en jeu pour former les doublets (liants ou non liants) dépend du nombre d'électrons de valence de chaque atome isolé et de la charge globale de l'entité ;
  
• une fois les liaisons créées (formation de doublet liant par mise en commun d'une paire d'électrons), les électrons restant s'associent par paires pour former des doublets non liants.

Le schéma de Lewis d'une molécule s'établit en assemblant les schémas de Lewis des atomes afin que chaque atome sature sa couche de valence.

Questions

1.a. Indiquer le nombre d'électrons de valence de l’atome d'hydrogène \(\mathrm{H}\) de configuration électronique \(\mathrm{1s^1}\) et l'atome de chlore \(\mathrm{C\ell}\), de configuration électronique \(\mathrm{1s^2\ 2s^22p^6\ 3s^23p^5}\).

1.b. En déduire le schéma de Lewis de la molécule d'acide chlorhydrique \(\mathrm{H-C\ell}\) et justifier que l’atome d’hydrogène, d’une part, et l’atome de chlore, d’autre part, sont stables dans cette molécule.

2. À l’aide du cours, déterminer les schémas de Lewis des ions ammonium \(\mathrm{(NH_4^+)}\) et hydroxyde \(\mathrm{(OH^-)}\) ainsi que des molécules suivantes : eau \(\mathrm{(H_2O)}\), méthane \(\mathrm{(CH_4)}\) et dioxyde de carbone \(\mathrm{(CO_2)}\).

Aide

• Carbone \(\mathrm{(C)}\) : \(\mathrm{1s^2\ 2s^22p^2}\)
• Oxygène \(\mathrm{(O)}\) : \(\mathrm{1s^2\ 2s^22p^4}\)