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Vidéo de la leçon : Liaisons covalentes de coordination Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire et à illustrer des liaisons covalentes de coordination dans des molécules simples et des composés métalliques.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire et à illustrer des liaisons covalentes de coordination dans des molécules simples et des composés métalliques. Les molécules se forment lorsque deux ou plusieurs atomes se lient entre eux. Les atomes peuvent être du même élément ou d’éléments différents ; cela n’a pas d’importance. Lorsque ces atomes sont des non-métaux, ils sont liés par de fortes liaisons covalentes.

L’ammoniac est un exemple de molécule qui contient de fortes liaisons covalentes. Un atome d’azote, au centre de la molécule, est lié à trois atomes d’hydrogène. Notez que ces éléments sont tous deux des non-métaux. Dans l’ammoniac, trois simples liaisons covalentes sont formées. Chaque liaison est une simple liaison covalente ordinaire. Une liaison covalente, rappelez-vous, consiste en une paire d’électrons partagée. Dans une simple liaison covalente normale, un électron provient de chaque atome.

L’atome d’azote central a cinq électrons de valence. Rappelez-vous que l’azote se trouve dans le groupe 15 ou cinq du tableau périodique. L’azote utilise trois de ses électrons de valence pour former ces liaisons. Comme l’atome d’azote a cinq électrons de valence, il en reste deux. Ces électrons forment un doublet non liant. Un doublet non liant est une paire d’électrons se trouvant dans la couche la plus externe d’un atome, et qui n’interviennent pas dans la formation de liaisons covalentes.

Dans ce schéma de l’ammoniac, les électrons sont représentés par des points et des croix. Les points représentent les électrons de la couche de valence de l’atome d’azote et les croix représentent les électrons de valence des atomes d’hydrogène. Les points et les croix sont placés là où les cercles se superposent, pour représenter des liaisons simples covalentes.

On peut aussi utiliser une structure de Lewis pour indiquer les doublets liants et les doublets non liants de la molécule. Dans le cas d’une structure de Lewis, chaque paire d’électrons est représentée par deux points. Qu’on utilise deux points ou un trait pour représenter les doublets liants dans la structure de Lewis de l’ammoniac, le doublet non liant est toujours visible.

Une molécule d’ammoniac peut former un ion ammonium en utilisant le doublet non liant de l’atome d’azote central pour former une liaison covalente de coordination. Quand une liaison covalente de coordination est formée, ce doublet non liant provenant d’un atome est utilisé pour former une liaison covalente avec un autre atome qui n’a pas d’électrons libres à partager. L’atome qui apporte la paire d’électrons à la liaison covalente de coordination est appelé l’atome donneur. L’atome qui reçoit la paire d’électrons doit avoir une orbitale vide. Dans ce cas, le proton, ou ion H+, peut accepter le doublet non liant dans son orbitale vide. L’ion H+ n’a aucun électron libre à partager.

Dans l’ion ammonium, qui contient une liaison covalente de coordination, l’azote est l’atome donneur et l’hydrogène est l’atome accepteur. Une liaison covalente de coordination est également connue sous le nom d’une liaison covalente dative, ou simplement liaison de coordination ou liaison dative. Il est important de réaliser qu’une liaison covalente de coordination, une fois qu’elle est formée, est comme toute autre simple liaison covalente. C’est juste l’origine de la paire d’électrons partagée qui est différente.

Dans une formule développée, une liaison covalente de coordination est indiquée par une flèche. Le sens du don d’électrons est indiqué par le sens de la flèche. Notez que dans l’ion ammonium, la flèche pointe de l’azote, l’atome donneur d’azote, vers l’hydrogène, l’atome accepteur. Cette flèche n’apparaît pas dans un schéma avec des points et des croix, ou dans une structure de Lewis.

Et dans la formule développée de l’ion ammonium, on peut aussi voir la charge positive de l’atome d’azote. Elle peut être indiquée sur l’atome d’azote lui-même, ou placée en dehors des crochets qui encadrent toute la structure. Il existe de nombreux autres exemples de liaisons covalentes de coordination.

Par exemple, dans l’eau liquide, les ions hydrogène ne sont pas isolés. Si une molécule de chlorure d’hydrogène est dissoute dans l’eau, un ion hydrogène est transféré de la molécule de chlorure d’hydrogène à la molécule d’eau. La molécule d’eau contient deux doublets non liants. L’eau peut utiliser l’un de ces doublets non liants pour former une liaison covalente de coordination avec l’ion hydrogène. Lors de cette réaction il se forme l’ion hydronium, H3O+, et un ion chlorure. L’ion hydronium, H3O+, est parfois appelé l’ion hydroxonium dans certains textes.

L’ion hydronium contient une liaison covalente de coordination. Notez que la molécule a une charge nette positive, puisque l’atome donneur, l’atome d’oxygène de la molécule d’eau, donne l’un de ses doublets non liants à l’ion hydrogène provenant de la molécule de chlorure d’hydrogène.

Le monoxyde de carbone est un oxyde de carbone qui se forme lorsque les hydrocarbures sont brûlés en présence d’un apport limité en oxygène. C’est un gaz toxique, et sa formation doit absolument être évitée lorsqu’on brûle des combustibles en intérieur. Le monoxyde de carbone se compose d’un atome de carbone et d’un atome d’oxygène. L’atome de carbone utilise deux de ses électrons de valence pour former deux liaisons covalentes avec l’atome d’oxygène. L’atome d’oxygène utilise un doublet non liant pour former une troisième liaison avec le carbone, qui est une liaison covalente de coordination. Il n’y a pas de charge nette sur la molécule de monoxyde de carbone.

Dans la formule développée du monoxyde de carbone, on voit ici aussi que la liaison covalente de coordination est représentée par une flèche, indiquant le sens du don. Si l’ammoniac réagit avec le trifluorure de bore, le doublet non liant de l’atome d’azote de l’ammoniac est utilisé pour former une liaison covalente de coordination avec l’atome de bore du trifluorure de bore. Dans BF3, le bore est déficient en électrons, avec seulement six électrons dans sa couche de valence. Si le bore devient l’atome accepteur, une liaison covalente azote-bore se forme, et le bore peut compléter sa couche de valence. L’azote est l’atome donneur dans la formation de cette liaison covalente de coordination. Dans la formule développée de cette molécule, la liaison covalente de coordination est représentée par une flèche allant de l’atome d’azote à l’atome de bore.

Les acides de Lewis sont définis comme des espèces pouvant accepter un doublet non liant. Dans tous les exemples de liaisons covalentes de coordination que nous avons vus jusqu’à présent, les atomes accepteurs d’électrons peuvent être décrits comme des acides de Lewis. Dans la molécule NH3BF3, l’atome de bore est l’atome accepteur. Il se comporte comme un acide de Lewis. Une base de Lewis est une espèce qui peut donner un doublet non liant. Dans tous les exemples de liaisons covalentes de coordination vus jusqu’à présent, les atomes donneurs se comportent comme des bases de Lewis.

Les ions métalliques dans l’eau liquide attirent très fortement les molécules d’eau. En effet, les ions métalliques sont relativement petits tout en ayant une charge positive relativement élevée, comme l’ion aluminium plus trois. Les attractions sont si grandes que des liaisons covalentes de coordination se forment. Les molécules d’eau contiennent des doublets non liants sur les atomes d’oxygène. Et ces atomes d’oxygène sont alors les atomes donneurs. Un ion aluminium peut former six liaisons covalentes de coordination avec six molécules d’eau. Seulement un doublet non liant de chaque molécule d’eau est utilisé pour former ces liaisons covalentes de coordination. L’autre doublet non liant pointe vers l’extérieur, il n’est donc pas impliqué dans la liaison.

L’atome d’aluminium accepte ces électrons dans des orbitales vides. La charge trois plus de l’ion aluminium est maintenant répartie uniformément sur toute la structure. Puisqu’exactement six molécules d’eau peuvent s’insérer autour de l’atome central d’aluminium, cet ion porte le nom d’ion « hexaaquaaluminium ».

Il est maintenant temps de passer à une question pour tester votre compréhension de la liaison covalente de coordination.

L’ion ammonium, NH4+, contient une liaison covalente de coordination. Laquelle des formules développées suivantes correspond à la structure exacte d’un ion ammonium ?

Dans l’ion ammonium, dont la formule est NH4+, l’azote est l’atome donneur dans la liaison covalente de coordination. Dans cette question, on nous demande d’identifier la formule développée de l’ion ammonium. La formule développée montre toutes les liaisons et tous les atomes de la structure.

Toutes les structures proposées montrent ici les bons atomes de l’ion ammonium. Elles ont toutes un atome d’azote et quatre atomes d’hydrogène. Dans toutes les structures, la charge positive est représentée au bon endroit.

Dans une formule développée, on utilise un trait pour représenter une liaison covalente normale. Et on utilise une flèche pour représenter une liaison covalente de coordination. La flèche doit alors indiquer le sens correct du don du doublet non liant, c’est-à-dire de l’atome d’azote vers l’atome d’hydrogène.

Rappelez-vous que l’atome d’azote est l’atome donneur et que l’atome d’hydrogène est l’atome accepteur de cette liaison. La seule structure ici qui utilise la notation correcte pour une formule développée est la structure (E). C’est la bonne réponse.

Voyons pourquoi les autres réponses ne sont pas correctes. Dans la structure (A), on voit qu’une ligne en pointillés est utilisée pour représenter l’une des liaisons. Une ligne en pointillé est souvent utilisée pour indiquer qu’une liaison n’est pas une liaison complète ; ce n’est qu’une liaison partielle. On l’utiliserait par exemple pour une liaison hydrogène formée entre deux molécules. Bien que les molécules d’ammoniac puissent former des liaisons hydrogène intermoléculaires, ce trait en pointillés ne représente pas la liaison covalente de coordination. Cette structure n’est donc pas une bonne réponse.

Dans la structure (B), on voit que l’une des liaisons covalentes est représentée par un triangle plein. Une liaison représentée par un triangle plein ou un trait gras indique que cette liaison dépasse du plan de la surface de dessin. Elle pointe hors de la page. Cette structure ne représente pas la forme tridimensionnelle correcte de cette molécule. Et elle ne montre pas non plus la liaison covalente de coordination. Ce n’est pas la bonne réponse.

Dans la structure (C), une des liaisons covalentes est représentée par une ligne ondulée. On utilise en fait une ligne ondulée lorsqu’on ne connaît pas la direction dans l’espace de cette liaison. Ce n’est pas une formule développée, et elle ne contient pas notre liaison covalente de coordination. Ce n’est donc pas la bonne réponse.

Bien que la structure (D) soit très proche de la bonne réponse, il n’y a pas de flèche pour représenter la liaison covalente de coordination. Cette structure montre quatre liaisons covalentes ordinaires, et ce n’est donc pas la bonne réponse. La bonne réponse est donc la structure (E).

Passons maintenant en revue les points clés sur la liaison covalente de coordination. Une simple liaison covalente normale contient une paire d’électrons partagée entre des atomes. Dans une liaison covalente de coordination, la paire d’électrons partagée provient d’un seul atome. L’atome donneur dans une liaison covalente de coordination doit contenir un doublet non liant dans sa couche de valence. Des exemples de molécules qui contiennent une liaison covalente de coordination comprennent l’ion ammonium, l’ion hydronium et le monoxyde de carbone.

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