L’ammoniac : un futur carburant pour les transports maritimes - Corrigé

1. La molécule d'ammoniac est constituée de trois atomes d'hydrogène et un d'azote dont les configurations électroniques sont les suivantes :

• \(Z\mathrm{(H)}=1\), la configuration électronique est alors \(\mathrm{1s^1}\).
  
• \(Z\mathrm{(N)}=7\), la configuration électronique est alors \(\mathrm{1s^2\ 2s^22p^3}\).
  

L'hydrogène possède un électron de valence et l'azote possède 5 électrons de valence. En utilisant la fiche méthode 2 du chapitre "De la structure à la polarité", on peut donc trouver le schéma de Lewis de la molécule d'ammoniac.

2. La molécule présente une géométrie pyramidale. Pour déterminer si elle est polaire ou apolaire, commençons par analyser le caractère polaire de ses liaisons.
Pour la liaison \(\mathrm{N-H}\) : \(\Delta\chi(\mathrm{N-H})=\vert\chi(\mathrm{N})-\chi(\mathrm{H})\vert=\vert3,04-2,20\vert=0,84>0,4\).

La liaison est polarisée et l'azote est plus électronégatif que l'hydrogène. À l'aide de cette donnée et de la géométrie de la molécule, on peut déterminer le caractère polaire de la molécule.

La molécule est donc polaire.

Procédons de la même manière pour la molécule d’eau, dont la formule brute est \(\mathrm{H_2O}\). Commençons par déterminer le nombre d’électrons de valence autour des atomes d'oxygène et d'hydrogène, afin d’établir le schéma de Lewis de la molécule :

• \(Z\mathrm{(H)}=1\), la configuration électronique est alors : \(\mathrm{1s^1}\).
• \(Z\mathrm{(O)}=8\), la configuration électronique est alors : \(\mathrm{1s^2\ 2s^22p^4}\).
  

L'hydrogène possède un électron de valence et l'oxygène possède 6 électrons de valence. En utilisant la fiche méthode 2 du chapitre "De la structure à la polarité", on peut trouver le schéma de Lewis de la molécule d'eau.

La molécule d'eau présente une géométrie coudée. Pour déterminer si elle est polaire ou apolaire, commençons par analyser le caractère polaire de ses liaisons.
Pour la liaison \(\mathrm{N-H}\) : \(\Delta\chi(\mathrm{N-H})=\vert\chi(\mathrm{N})-\chi(\mathrm{H})\vert=\vert3,44-2,20\vert=1,24>0,4\)

La liaison est donc polarisée. À l'aide de cette donnée et de la géométrie de la molécule on peut déterminer le caractère polaire de la molécule.

La molécule est donc polaire.

Les molécules d’eau et d’ammoniac étant toutes deux polaires, elles peuvent interagir par des interactions de Van der Waals. De plus, elles sont capables de former des ponts hydrogène : les doublets non liants portés par les atomes d’oxygène et d’azote peuvent interagir avec les atomes d’hydrogène liés à ces mêmes atomes (\(\mathrm{O}\) dans \(\mathrm{H_2O}\) et \(\mathrm{N}\) dans \(\mathrm{NH_3}\)), ce qui renforce les interactions entre les deux molécules. Cela explique la solubilité de l'ammoniac dans l'eau.