2nd – Chap C4 : Les molécules

Indications :

Pour tous les exercices, on saura utiliser le tableau périodique pour déterminer le nombre d’électrons d’un élément.

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 Notions de Cours

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I L’ordre de remplissage des électrons dans le nuage électronique.

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1° Utilisez l’animation ci-dessous pour visualiser le remplissage en couches et en sous-couches

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Mode d’emploi :

  • Cliquez sur l’image (un nouvel onglet doit s’ouvrir)
  • Choisissez votre atome.

Principe : On repartit les électrons (1 par case) en partant du bas. On remplit progressivement vers la gauche.

  • Les couches sont identifiées par leurs niveaux d’énergie croissants notés En (Exemple : E1, E2, E3, etc)
  • Les sous-couche sont notées s et p

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Exemple du Bore 105B :

Source : Labosims

Notation de la structure en couche et en sous couche :

Sur l’exemple du Bore 105B (avec 5 électrons) :

  • Les 2 premiers électrons se placent sur la couche 1s : On note d’abord 1s2.
  • Les 2 suivants se placent sur la couche 2s. On note ensuite 1s2 2s2.
  • Le dernier se place sur la couche 2p : On note finalement 1s2 2s2 2p1.

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2° Visualisation du remplissage sur une cible (sans les sous-couches)

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Cliquez sur l’image ci-dessous pour faire apparaître l’ordre de remplissage des électrons sur les couches électroniques.

Il vous faudra utiliser un navigateur déblocable – Débloquez le à la demande (Voir dans Tube-à-essai.fr > La réserve > » Comment débloquer mon navigateur » )

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Remarque : Cette visualisation ne fait pas apparaître les sous-couches s et p mais on peut facilement les distinguer si nécessaire. (voir le cerclage sur l’image ci-dessus).

Notation sur l’exemple ci-dessus du Sodium (Z=11) : Les couches sont nommées K,L M etc . On note donc K2L8M1.

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3° Règle de remplissage, par écrit, pour les 20 premiers électrons.

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« On remplit les couches en partant de la plus proche du noyau. La première (couche K qui ne contient qu’une seule sous-couche notée 1s) ne peut contenir au max que 2 électrons, elle est alors saturée. Si l’élément possède plus d’électrons, ils se placeront sur la couche suivante (couche L). Cette couche L contient 2 sous-couches : la 2s et la 2p. La première (sous-couche 2s) ne peut contenir au max que 2 électrons supplémentaires. La 2ieme (sous-couche 2p) ne peut en contenir que 6 (total : 2 + 6 = 8 électrons). Elle est alors saturée à son tour. Les électrons supplémentaires éventuels iront se placer sur la couche M qui contient aussi 2 sous-couches : la 3s qui peut contenir 2 électrons et la 3p qui peut en contenir 6 autres (total électrons = 2 + 6 = 10). Pour la suite (couche N non figurée ici) on commencera par placer 2 électrons supplémentaires dans la sous-couche 4s. La suite viendra plus tard… »

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II Les schémas de Lewis

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1° Construction

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« Le schéma de Lewis d’un élément chimique est constitué du symbole de l’élément entouré de ces électrons de valence. »

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2° Les électrons de Valence

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La dernière couche occupée par des électrons est plus importante que les autres car c’est elle qui contient les électrons qui pourront établir les liaisons. On l’appelle la « couche de valence ».

Les électrons de cette couche externe s’appellent donc les électrons de valence.

Sur un schéma de Lewis, on ne fait figurer que les électrons de la couche de valence.

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3° Représentation d’un schéma de Lewis

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Il est plus simple d’utiliser la représentation en cible de remplissage électronique pour visualiser le remplissage en couche (sans sous-couche) et obtenir ainsi les schéma de Lewis des atomes.

  • Un électron seul est donc qualifié de « célibataire » et est représenté par un point.
  • Un doublet d’électrons est représenté par un tiret.

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4° Exemples

Voir paragraphe III suivant

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III Description électronique de quelques atomes courants

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Indication : On pourra utiliser le tableau périodique pour déterminer le nombre d’électrons d’un élément.

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1° L’atome de carbone : C

D’après le tableau : Z = 6

D’où le remplissage électronique suivant :

D’où la structure électronique suivante en couche : K2L4

D’où le remplissage des cases quantiques :

D’où la structure électronique en sous couche  : 1s2, 2s2, 2p2

D’où le schéma de Lewis suivant :

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2° L’atome d’azote : N

D’après le tableau : Z = 7

D’où le remplissage électronique suivant :

D’où la structure électronique suivante en couche : K2L5

D’où le remplissage des cases quantiques :

D’où la structure électronique en sous couche  : 1s2, 2s2, 2p2

D’où le schéma de Lewis suivant :

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3° L’atome d’oxygène : O

D’après le tableau : Z = 8

D’où le remplissage électronique suivant :

D’où la structure électronique suivante en couche : K2L6

D’où le remplissage des cases quantiques :

D’où la structure électronique en sous couche  : 1s2, 2s2, 2p2

D’où le schéma de Lewis suivant :

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4° L’atome de soufre : S

D’après le tableau : Z = 16

D’où le remplissage électronique suivant :

D’où la structure électronique suivante en couche : K2L8M6

D’où le remplissage des cases quantiques :

D’où la structure électronique en sous couche  : 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p4

D’où le schéma de Lewis suivant :

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5° Les autres schéma de Lewis

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Construire les schéma de Lewis manquant dans la classification réduite ci-dessous. Cliquez sur le lien suivant « Les schémas de Lewis dans la classification » pour accéder à une version imprimable de l’image ci-dessous et complétez-la.

Utilisez pour cela le tableau périodique, l’animation du I.2° « cible électronique » et l’animation du I.1° « case quantiques ».

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IV La stabilité des molécules

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1° La liaison covalente

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Les atomes peuvent se lier entre eux par leurs électrons. En effet ceux-ci sont plus stables lorsqu’ils sont par paire (#).

Ainsi un électrons dit « célibataires » peut s’associer avec un autre électron célibataire provenant d’un autre atome pour former une liaison. Ce type de liaison s’appelle une « liaison covalente ».

(#)Remarque : La mécanique quantique permet de montrer la stabilité d’un tel appariement d’électrons.

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Définition :  » La liaison covalente résulte de la mise en commun de 2 électrons provenant de chacun des 2 atomes. »

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2° Règle de stabilité d’une molécule

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Chacun des atomes doit vérifier une règle de saturation de la couche de valence.

Règle du Duet : Elle est satisfaite lorsque la couche externe K est saturée avec 2 électrons (= structure électronique de l’Hélium)

Règle de l’Octet : Elle est satisfaite lorsque la couche externe L ou M ou N est saturée avec 8 électrons. La structure électronique obtenue est alors celle du Néon ou de l’Argon ou du Krypton (= gaz rares ou « gaz nobles »)

Lorsque tous les atomes vérifient une règle de stabilité : la molécule est stable.

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V Construction de molécules

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1° La molécule de dihydrogène : H2

Schéma de Lewis juxtaposés (en vis-à-vis) :

Établissement du rapprochement d’électrons :

Mise en commun (création d’un doublet liant) :

Décompte des électrons :

Étude de stabilité : Le 1er H vérifie la règle du Duet et l’autre H vérifie aussi la règle du Duet :

Règle du Duet : Elle est satisfaite lorsque la couche externe K est saturée avec 2 électrons (= structure électronique de l’Hélium)

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Conclusion : Tous les atomes vérifient une règle de stabilité : la molécule est stable.

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2° La molécule de méthane : CH4

Schéma de Lewis juxtaposés (en vis-à-vis) :

Établissement du rapprochement d’électrons :

Mise en commun (création d’un doublet liant) :

Décompte des électrons :

Étude de stabilité : Chaque hydrogène est entouré de 2 électrons : La règle du duet est satisfaite. Le carbone est entouré de 8 électrons : La règle de l’octet est satifaite.

Règle de l’octet : Elle est satisfaite lorsque la couche externe L ou M ou N est saturée avec 8 électrons (= structure électronique du Néon ou de l’Argon ou du Kryton – gaz rares ou « nobles »).

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Conclusion : Tous les atomes vérifient une règle de stabilité : la molécule est stable.

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3° La molécule d’eau : H2O

Schéma de Lewis juxtaposés (en vis-à-vis) :

Établissement du rapprochement d’électrons : 

Mise en commun (création d’un doublet liant) :

Décompte des électrons :

Étude de stabilité : Chaque hydrogène est entouré de 2 électrons : La règle du duet est satisfaite. L’oxygène est entouré de 8 électrons : La règle de l’octet est satisfaite.

Conclusion : Tous les atomes vérifient une règle de stabilité : la molécule est stable.

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4° La molécule d’ammoniac : NH3

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Consigne : Réalisez vous même l’étude de stabilité de cette molécule.

  • Schéma de Lewis juxtaposés (en vis-à-vis) :
  • Établissement du rapprochement d’électrons :
  • Mise en commun (création d’un doublet liant) :
  • Décompte des électrons :
  • Étude de stabilité :
  • Conclusion :

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6° La molécule de dioxyde de carbone : CO2

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Consigne : Réalisez vous même l’étude de stabilité de cette molécule.

  • Schéma de Lewis juxtaposés (en vis-à-vis) :
  • Établissement du rapprochement d’électrons :
  • Mise en commun (création d’un doublet liant) :
  • Décompte des électrons :
  • Étude de stabilité :
  • Conclusion :

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7° Autres exemples de quelques molécules communes

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Consigne : Cliquez sur l’image pour accéder au diaporama correspondant. Une nouvelle fenêtre doit s’ouvrir. Ouvrez le diaporama avec une application dédiée comme « Google slide » (par défaut) ou avec « Powerpoint » (il faut alors enregistrer préalablement le fichier sur votre ordinateur avant de l’ouvrir par « Powerpoint »). Passer en mode « Lecture du diaporama » puis utiliser la flèche en bas à gauche pour avancer d’image en image.

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Compléter les cases du diaporama sur une version imprimable accessible en utilisant le lien suivant : « Version imprimable du diaporama vierge« .

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 Bilan

Cliquez sur le lien suivant pour accéder à la CARTE MENTALE de ce chapitre.

Pour des compléments de cours, cliquez sur le lien suivant : Soutien scolaire

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 Corrigés des exercices

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Indication : Les liens suivants ne sont actifs que lorsque le chapitre ou une partie de chapitre est terminé.

Cliquer sur les liens suivants pour accéder à leurs corrigés.

Corrigés des activités proposées :

Cliquer sur le lien suivant pour accéder aux « Schémas de Lewis dans la classification réduite ».

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à l’ « Étude de stabilité de NH3 ».

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à l’ « Étude de stabilité de CO2 ».

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