Vidéo de la leçon : La liaison covalente Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment les électrons externes des atomes peuvent être mis en commun pour former des liaisons covalentes. Nous examinerons les forces entre les électrons et les noyaux, qui expliquent pourquoi ces liaisons se forment, et nous verrons comment les représenter.

16:29

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment les électrons externes des atomes peuvent être mis en commun pour former des liaisons covalentes. Nous examinerons les forces entre les électrons et les noyaux, qui expliquent pourquoi ces liaisons se forment, et nous verrons comment les représenter.

Un proton est une particule subatomique. Les protons possèdent un type spécifique de charge que nous appelons charge positive. Et nous disons qu’un seul proton a une charge de un plus. Un électron est un type différent de particule subatomique. Chaque électron a une charge de la même taille, mais de type de charge opposé à celui d’un proton. Donc, on dit que les électrons sont chargés négativement, avec une charge de un moins.

Les particules de charges opposées s’attirent, tandis que les particules avec la même charge se repoussent. Les protons chargés positivement attirent les électrons chargés négativement. Ainsi, lorsqu’un proton et un électron se rencontrent, ils peuvent former un atome. L’électron ne se fixe pas simplement au proton, pour des raisons qui sont beaucoup trop compliquées à expliquer dans cette vidéo. Au lieu de cela, nous avons le noyau de l’atome au centre, et l’électron occupe un nuage électronique beaucoup plus grand.

Lorsque les électrons et un noyau se rencontrent, ils peuvent perdre de l’énergie dans leur environnement et devenir plus stables. Mais cela ne signifie pas que les atomes ne peuvent pas devenir plus stables. Les atomes peuvent gagner ou perdre des électrons formant des ions, ou ils peuvent s’assembler pour former ce que nous appelons des liaisons covalentes. Les électrons autour du noyau ne peuvent pas tous être à la même place en même temps. Lorsque vous ajoutez des électrons à un noyau, les électrons remplissent l’espace. Et comme pour les gradins d’un stade, plus vous vous éloignez du noyau, plus il y a d’espace.

On dit que les électrons occupent des couches autour du noyau. La première couche ne peut contenir que deux électrons. La deuxième couche électronique peut contenir un maximum de huit électrons. Plus la couche est grande, plus il y a d’électrons qui peuvent rentrer. Un atome d’hydrogène a un électron et un proton. L’électron est étroitement lié au noyau d’hydrogène avec sa charge un plus.

Un atome d’hélium a juste assez d’électrons pour remplir la première couche. Ces deux électrons sont maintenus beaucoup plus étroitement au noyau qui a une charge de deux plus, que dans l’hydrogène. Un atome de lithium a trois électrons, de sorte que les deux premiers sont vraiment étroitement liés au noyau, qui a une charge de trois plus. Et le troisième électron, forcé d’être beaucoup plus éloigné du noyau par les deux autres électrons, est beaucoup moins étroitement lié.

Un atome de néon possède 10 électrons, deux sur la première couche et huit sur la seconde. Ainsi, les atomes d’hélium et les atomes de néon ont tous deux une couche externe pleine. Mais les atomes de fluor n’ont que neuf électrons, deux sur la première couche et sept sur la seconde. Cela signifie que dans un atome de fluor, il y a de la place sur la seconde couche pour un électron supplémentaire.

Lorsque nous rapprochons un atome de lithium et un atome de fluor, l’électron externe du lithium est attiré de manière compétitive vers le noyau du lithium et vers le noyau du fluor. L’électron peut basculer et la force d’attraction entre l’électron et le noyau de fluor chargé de neuf plus est beaucoup plus grande que la force d’attraction qu’il subissait de la part du noyau de lithium.

Bien qu’il existe de nombreux autres facteurs dans la réaction du lithium et du fluor, c’est un facteur contributif. La disposition des ions est plus stable que celle des atomes, nous avons donc un ion lithium (Li+) et un ion fluor (F-). Vous le verrez généralement appelé ion fluorure. Ces ions chargés différemment s’attirent l’un vers l’autre à travers une liaison ionique, formant du fluorure de lithium. Cependant, nous ne nous intéresserons pas aux liaisons ioniques dans cette vidéo. Il est juste utile de voir ce qui se passe lorsque vous poussez les choses à l’extrême. Dans des cas moins extrêmes, au lieu que les atomes deviennent des ions, les atomes peuvent mettre en commun des électrons.

Ce que nous avons ici, ce sont deux atomes de fluor. Il n’y a aucune raison pour que les électrons sautent d’un atome à l’autre parce qu’ils sont identiques. Mais cela ne signifie pas que nous ne pourrions pas obtenir une configuration encore plus stable. Si deux atomes de fluor se rapprochent, les électrons externes de chaque atome seront attirés vers le noyau de l’autre atome. Au fur et à mesure que les forces s’équilibrent, l’arrangement le plus stable apparaît, où deux électrons sont entre les atomes et sont équitablement partagés. En mettant des électrons en commun, ces deux atomes ont réussi à remplir leurs couches externes sans gagner ni perdre d’électrons pour devenir des ions.

Cette répartition est beaucoup plus stable que lorsque les atomes étaient séparés. Les chimistes ont découvert qu’il n’y a que les électrons de la couche externe des atomes qui sont mis en communs dans les liaisons covalentes. Nous appelons les électrons de la couche externe d’un atome ou d’un ion les électrons de valence. Ainsi, nous appelons parfois la couche externe la couche de valence, car la couche de valence contient les électrons de valence. Ainsi, une simple définition de l’électron de valence est un électron sur la couche externe d’un atome ou d’un ion. Il est généralement aussi nécessaire que les électrons de valence puissent participer à la liaison, mais cette définition simple suffira.

Les atomes d’hydrogène ont un électron de valence, de même que les atomes de lithium, car les deux électrons de la couche interne ne font pas partie de la couche de valence. De manière générale, le nombre d’électrons de valence d’un atome détermine son caractère chimique. Lorsque les atomes se lient et mettent leurs électrons en commun, ils forment ce que nous appelons une liaison covalente. Les électrons communs sont attirés vers chaque noyau, et ces électrons aident à remplir les couches externes de chaque atome. Le « co » dans covalente signifie ensemble ou partage ou joint, et « valente » fait référence aux électrons externes impliqués.

Le type le plus simple de liaison covalente est la liaison simple. Dans une liaison covalente simple, deux électrons sont mis en commun. Dans une double liaison covalente, quatre électrons de valence sont mis en commun. Et dans une triple liaison covalente, six électrons sont mis en commun. Des liaisons quadruples où huit électrons sont mis en commun sont possibles, mais uniquement entre des atomes beaucoup plus grands ou dans des circonstances très spéciales. En général, vous devrez vous soucier seulement des liaisons simples, doubles et triples. Mais comment savons-nous combien de liaisons covalentes différents atomes sont-ils susceptibles de former?

Les atomes de fluor ont sept des huit électrons de valence maximum disponibles, car la seconde couche ne peut contenir que huit électrons. Un atome de fluor peut acquérir cet électron supplémentaire provenant d’un autre atome, comme un autre atome de fluor. Un atome d’oxygène possède six électrons de valence, il doit donc former une liaison double ou deux liaisons simples pour la remplir. Et un atome d’azote n’a que cinq des huit électrons de valence maximum. Il doit donc former une liaison triple, une liaison double et une simple, ou trois liaisons simples pour remplir sa couche externe.

Pendant ce temps, un atome de carbone a quatre électrons sur sa couche externe. Nous nous attendons donc à ce qu’un atome de carbone forme un total de quatre liaisons afin de remplir sa couche externe. Cependant, le carbone ne forme généralement pas de quadruple liaison. En fait, vous pouvez supposer qu’une triple liaison est ce qu’un atome de carbone peut faire de mieux. Au lieu de cela, vous verrez généralement des atomes de carbone partageant des électrons avec plusieurs autres atomes, formant, par exemple, quatre liaisons simples, deux liaisons simples et une double, deux liaisons doubles ou une liaison simple, et une triple.

Si, nous faisions réagir du carbone pur pour commencer, les électrons marqués seraient ceux du carbone et les électrons non marqués seraient ceux des autres atomes. Nous pouvons regarder les 10 premiers éléments du tableau périodique et leur nombre d’électrons de valence. C’est ce que nous obtenons. Ce qui est le plus intéressant, c’est le nombre de liaisons covalentes que ces atomes forment ou la charge des ions qu’ils forment lorsqu’ils réagissent. Les atomes d’hydrogène ont tendance à former une liaison simple, tandis que les atomes d’hélium ne forment pas du tout de liaisons.

Les atomes de lithium et de béryllium ont tendance à réagir et à abandonner leurs électrons pour former des ions Li+ et Be2+. Et la capacité à se combiner de ces atomes augmente jusqu’au carbone, puis diminue à nouveau jusqu’à ce que nous arrivions au néon, qui ne forme pas du tout de liaisons. Nous appelons ces nombres la valence, la capacité à se combiner de ce type d’atome. Mais ce serait très ennuyeux si nous devions nous rappeler la valence de chaque atome, et la déduire des premiers principes.

Au lieu de cela, il existe une règle générale qui nous aidera. Et qui s’appelle la règle de l’octet. La première couche électronique peut contenir deux électrons. La deuxième peut en contenir huit. La troisième couche peut contenir 18 électrons. Cependant, ces 10 derniers emplacements sont un peu différents, et ils ne sont remplis que dans les atomes plus grands. Donc, pour simplifier, nous disons souvent que la troisième couche ne contient également que huit électrons. C’est pratique car cela nous aide à formuler la règle de l’octet, qui nous dit qu’un atome aura tendance à réagir pour atteindre huit électrons sur sa couche externe. Cela aura tendance à refléter la configuration électronique de l’un des gaz nobles.

Les atomes d’hydrogène et d’hélium sont des exceptions, car la première couche ne contient que deux électrons. Cependant, la règle de l’octet permet d’expliquer la manière la plus courante de se lier de ces éléments du lithium au silicium, ainsi qu’une part importante du comportement de ces éléments entre le phosphore et le radon. Cela n’a pas de sens d’appliquer la règle de l’octet aux gaz nobles puisqu’ils ont déjà des couches externes pleines. Et certains éléments synthétiques sont tout simplement trop instables pour se soucier de comment ils réagissent. Et les choses sont un peu trop compliquées pour que la règle de l’octet soit appliquée aux éléments des blocs d et f.

La chose à retenir de ceci, est que les atomes auront tendance à réagir afin d’avoir huit électrons sur leur couche externe. Mais si nous examinons certains de ces éléments, nous voyons que tous ne se lient pas de manière covalente. En gros, nous pouvons diviser le tableau périodique en métaux et en non-métaux, et nous aurons tendance à ne voir des liaisons covalentes qu’entre les éléments non-métalliques.

Et nous aurons tendance à voir des liaisons ioniques entre les éléments métalliques et non métalliques. Et entre les métaux et les métaux, nous voyons des liaisons métalliques. Les molécules de fluor et de chlorure d’hydrogène sont des exemples d’appariements entre des non-métaux avec des liaisons covalentes. Et pour un métal avec un non-métal, nous avons les exemples du chlorure de sodium et du fluorure de lithium. Et nous voyons une liaison métallique dans des alliages comme le laiton, qui est un mélange de cuivre et de zinc.

La dernière chose que nous devons examiner est la façon dont nous représentons les liaisons covalentes, parce que parfois nous ne pouvons pas dessiner tous les électrons ou toutes les couches. Voici quelques façons de représenter les liaisons covalentes. Voici quelques caractéristiques que vous pourriez voir dans divers diagrammes de couches d’électroniques. Les symboles pour les noyaux peuvent être écrits avec le symbole de l’élément, ou sous la forme de charges ou du nombre de protons. Et les électrons peuvent être dessinés avec différentes formes et couleurs afin d’indiquer d’où ils pourraient provenir, par exemple, des points et des croix. Et pour les diagrammes compliqués, c’est parfois plus simple si la couche de valence est la seule couche dessinée et que les couches internes sont omises.

En attendant, les schémas de points d’électrons ou de points de Lewis sont utiles pour condenser toutes ces informations sous une forme beaucoup plus facile à dessiner. Les symboles des éléments sont utilisés pour les noyaux. Les points sont utilisés pour les électrons. Les électrons sont disposés par paires sur les côtés du symbole de l’élément pour ressembler à la couche de valence. Et vous pouvez reconnaître les doublets liants grâce aux points entre les symboles des éléments. Et les autres paires de points sont connues sous le nom de doublets libres.

Les doubles liaisons et les triples liaisons nécessitent simplement plus de doublets liants. Et il est assez fréquent de remplacer les doublets liants par le bon nombre de traits, un trait pour deux électrons. Mais la façon la plus courante de voir les liaisons covalentes est sous forme de traits, sans les doublets libres sur les atomes. Chaque type de diagramme est utile en fonction de l’objectif. Maintenant, il est temps de nous entraîner.

Combien d’électrons sont communs dans une double liaison entre deux atomes d’oxygène?

L’oxygène est un élément, et nous pouvons trouver des informations sur l’élément dans le tableau périodique. Le numéro atomique de l’élément oxygène est huit. Cela signifie que les atomes d’oxygène contiennent huit protons. Et comme par définition les atomes sont neutres, nous avons également huit électrons, huit électrons pour équilibrer la charge des huit protons. La question porte sur les électrons communs dans une double liaison entre deux atomes d’oxygène. Maintenant, l’oxygène est un non-métal, donc nous nous attendons à un certain type de liaison. Et le mot « commun » nous en donne le début, « co » comme dans covalente.

Maintenant, la partie « valente » dans covalente fait référence aux électrons de valence. Les électrons de valence sont simplement les électrons sur la couche externe ou couche de valence d’un atome ou d’un ion. Un atome d’oxygène a huit électrons, et les deux premiers remplissent la première couche électronique. Et les six autres occupent la seconde couche électronique, mais la seconde couche électronique peut contenir un maximum de huit électrons. Nous pouvons trouver plus d’électrons pour remplir cet espace disponible dans notre second atome d’oxygène. Puisque les couches de valence sont les seules qui ont un intérêt ici, je vais enlever la couche interne.

Si les atomes se rapprochent, certains des électrons sont partagés entre les deux noyaux, ce qui contribue à produire une configuration plus stable. Puisque cela implique la mise en commun d’électrons de valence, nous avons une liaison covalente. Et comme il y a quatre électrons impliqués, nous avons affaire à une double liaison covalente. La solution rapide est de se rappeler qu’une double liaison covalente contient quatre électrons, une simple en contient deux, et une triple en contient six. Alors, combien d’électrons sont communs dans la double liaison entre deux atomes d’oxygène? Quatre.

Voyons maintenant les points clés. Une liaison covalente est une liaison chimique partageant des électrons de valence communs. Nous pouvons prédire le nombre de liaisons covalentes qui se formeraient entre différents atomes en utilisant la règle générale de l’octet, qui nous dit que les atomes ont tendance à réagir pour acquérir huit électrons de valence au total. Et les non-métaux, avec eux-mêmes ou avec d’autres non-métaux, ont tendance à se lier de manière covalente. Et les principaux types de liaisons covalentes sont les liaisons simples impliquant deux électrons communs, les liaisons doubles en impliquant quatre et les liaisons triples en impliquant six.

Nagwa utilise des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site. En savoir plus sur notre Politique de Confidentialité.