Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons étudier comment l’électronégativité des atomes d’une molécule peuvent créer des liaisons polaires. Nous allons apprendre à identifier les liaisons polaires dans une molécule et à déterminer comment cela affecte la polarité de la molécule dans son ensemble. Avant de nous plonger dans le sujet de la liaison polaire, prenons une minute pour réviser l’électronégativité.
L’électronégativité décrit la tendance d’un atome à attirer les électrons partagés d’une liaison. L’électronégativité augmente généralement de gauche à droite dans le tableau périodique, ainsi que de bas en haut dans chaque groupe. L’échelle d’électronégativité de Pauling peut être utilisée pour quantifier l’électronégativité des atomes ; c’est une échelle sans unité qui va de zéro à quatre, avec quatre étant la plus grande. Le fluor détient l’électronégativité la plus élevée égale à 3,98. Des éléments comme le sodium ont des électronégativités beaucoup plus faibles. Nous pouvons voir que des éléments comme le carbone, dont l’électronégativité est de 2,55, est moins électronégatif que le fluor mais beaucoup plus électronégatif que le sodium.
Donc, quel effet l’électronégativité d’un atome a-t-elle sur une liaison dans une molécule ? Eh bien, nous pouvons imaginer une liaison entre deux atomes comme dans ce dessin. Ici, les électrons qui composent la liaison sont partagés entre les deux atomes. Ce dessin montre que les électrons sont partagés de manière égale entre les deux atomes. Mais en fonction de l’électronégativité de ces atomes, il se peut qu’il n’y ait pas un partage égal comme dans ce cas. Par exemple, si cet atome rose à gauche était plus électronégatif que cet atome orange à droite, il attirerait les électrons plus fortement que l’atome orange, ce qui signifie que les électrons seraient attirés vers l’atome rose. Et le contraire serait vrai si l’atome orange à droite était celui qui était le plus électronégatif. Dans ce cas, les électrons seraient attirés vers l’atome orange.
Nous pouvons penser à la liaison comme à un spectre. À une extrémité du spectre, nous avons le partage totalement égal des électrons entre les atomes de la liaison. Par exemple, c’est ce que nous voyons dans une molécule de chlore. Puisque ces deux atomes sont identiques, il n’y a pas de différence d’électronégativité. Ainsi, un des atomes ne va pas attirer les électrons plus que l’autre. Et à l’autre bout du spectre, nous avons une liaison ionique, comme nous le voyons avec le chlorure de sodium. Ici, la différence d’électronégativité est si grande que les électrons ne sont plus partagés entre les deux atomes. Au lieu de cela, l’atome le plus électronégatif attire si fortement ces électrons, qu’il devient un ion chargé négativement et l’atome moins électronégatif devient un ion chargé positivement. Pour tout ce qu’il reste au milieu du spectre, il y aura un partage inégal des électrons, comme nous pouvons le voir dans une molécule telle que le chlorure d’hydrogène.
Ici, nous avons une différence d’électronégativité entre les deux atomes, mais elle n’est pas aussi grande que celle que l’on voit dans la liaison ionique. Une liaison comme celle-ci dans une molécule où les électrons ne sont pas uniformément partagés s’appelle une liaison polaire, et les liaisons où les électrons sont uniformément partagés sont appelées non polaires, sauf si nous savons que les liaisons à l’autre extrémité du spectre sont ioniques. Nous pouvons grossièrement utiliser les différences d’électronégativité entre les atomes pour déterminer si une liaison sera polaire, non polaire ou ionique.
Si la différence d’électronégativité entre les atomes est d’environ 0,4 ou moins, nous pouvons considérer cette liaison comme non polaire. Si la différence est supérieure à 1,8, nous considérons cette liaison ionique. Et bien sûr, tout ce qui se trouve au milieu sera une liaison polaire. Il est important de remarquer que, comme il existe cet écart de différence d’électronégativité qui définit les liaisons non polaires, il y a d’autres molécules diatomiques comme le chlore qui ont des liaisons non polaires. Par exemple, la liaison entre le carbone et l’hydrogène dans une molécule de méthane est aussi non polaire. En effet, le carbone a une électronégativité de 2,55 et l’hydrogène a une électronégativité de 2,2. Ainsi, la différence d’électronégativité est de 0,35, ce qui est inférieure à 0,4.
Alors, quel effet ce partage inégal des électrons provoqué par une différence d’électronégativité a-t-il sur la liaison et la molécule ? Eh bien, les électrons d’une liaison polaire sont plus proches d’un côté de la molécule que de l’autre. Pour voir l’effet que cela a, comparons les nuages d’électrons d’une molécule polaire et d’une molécule non polaire. Si l’on regarde la molécule non polaire, nous pouvons voir que le nuage d’électrons est à peu près uniforme autour de la molécule. Il n’y a pas de zones où il y a plus ou moins de densité de charge négative. Mais dans la molécule polaire, le nuage d’électrons a été déformé. Puisque les électrons sont plus proches d’un côté de la molécule que de l’autre, le côté de la molécule où se trouvent les électrons sera plus négatif que l’autre côté. En d’autres termes, il y a un côté négatif et un côté positif de la molécule.
Maintenant, nous n’avons pas une charge entièrement négative et une charge entièrement positive comme nous le voyons dans la liaison ionique puisque nous n’avons pas d’ions à proprement parler dans une liaison polaire. Au lieu de cela, nous avons des charges partielles dans les molécules polaires que nous indiquons avec la lettre grecque « delta » en minuscule (𝛿). Maintenant, chaque fois qu’il y a une séparation de charges sur une distance comme nous le voyons dans cette molécule polaire, où nous avons ces charges partiellement négatives et ces charges partiellement positives, cela crée ce que l’on appelle un moment dipolaire. Donc, comme il y a une séparation des charges dans cette molécule, il y aura un moment dipolaire, que nous pouvons spécifier avec une flèche comme celle-ci. Une extrémité de cette flèche a un signe plus à son extrémité, qui sera toujours du côté positif de la molécule, puis la flèche pointera vers le côté négatif de la molécule.
Donc, jusqu’à présent, nous avons examiné des molécules qui ont deux atomes. Alors, quel effet la liaison polaire a-t-elle sur des molécules plus grandes que cela ? Eh bien, dans notre molécule avec seulement deux atomes, la liaison polaire rend toute la molécule polaire. Mais lorsque nous avons plus d’atomes dans une molécule, il n’est pas suffisant de savoir s’il y a ou non des liaisons polaires dans la molécule pour que cela nous dise si la molécule est entièrement polaire. C’est parce que les moments dipolaires peuvent s’annuler. Nous pouvons penser à cela comme si « moins un » et « plus un » s’annulaient l'un l'autre sur une droite numérique. Cela arrive parce que les dipôles sont ce que l’on appelle des vecteurs ; ce sont des segments de droite qui ont un sens.
Mais cette terminologie n’est pas importante pour comprendre le concept ici. Par exemple, cette molécule pourrait être du dioxyde de carbone. L’oxygène est plus électronégatif que le carbone, il y aura donc des liaisons polaires dans cette molécule. Mais parce que les deux atomes aux extrémités opposées de la molécule sont les mêmes, ils vont tirer avec la même force sur le carbone central. En d’autres termes, ces moments dipolaires vont s’annuler. En d’autres termes, même si cette molécule a des liaisons polaires car il y a une différence d’électronégativité entre les atomes de la molécule, la molécule dans son ensemble est non polaire car les moments dipolaires s’annulent entre eux.
Examinons une autre molécule, le trifluorure de bore ou BF3. Le fluor est plus électronégatif que le bore. Ainsi, les fluors ont tous une charge partielle négative, tandis que le bore est partiellement chargé positivement. Cela signifie que ces trois liaisons seront polaires avec un dipôle pointant vers le fluor. Mais cette molécule est-elle polaire ? Eh bien, selon la théorie RPECV (ou VSEPR en anglais), tous les angles de liaison dans cette molécule sont identiques ; ils sont de 120 degrés. Cela signifie que nous allons voir quelque chose de semblable à ce que nous avons vu avec le dioxyde de carbone. Puisque ces trois liaisons sont entre le bore et le fluor, elles sont identiques en force et en intensité.
Pour qu’une molécule soit polaire, il doit y avoir une région de plus grande densité d’électrons dans la molécule. Mais ces trois liaisons sont uniformément espacées et elles tirent sur les électrons avec une force égale. Donc, la densité d’électrons va être la même dans toutes les directions. Cela signifie que, comme nous l’avons vu avec la molécule de dioxyde de carbone, les dipôles de liaison s’annulent ici, ce qui signifie que la molécule est non polaire bien que cela soit un peu plus difficile à voir qu’avec le dioxyde de carbone. Donc, une autre façon de comprendre cela est que, si nous faisions tourner la molécule, nous verrions la même chose. Donc, les dipôles des liaisons doivent s’annuler.
Maintenant, regardons cette molécule, le tétrachlorure de carbone. Le chlore est plus électronégatif que le carbone. Donc, les atomes de chlore auront tous une charge partielle négative, tandis que le carbone aura une charge partielle positive. Cela signifie bien sûr que toutes ces liaisons seront polaires. Mais cette molécule est-elle polaire ? Encore une fois, ici tous ces angles sont identiques. Ces liaisons sont toutes à 109,5 degrés les unes des autres. Donc, tout comme auparavant, tous les dipôles d ces liaison sont exactement les mêmes et ils vont s’annuler. Donc, cette molécule est non polaire.
Donc, je suis sûr que vous voyez une tendance ici. Toutes les molécules symétriques, même si elles ont des liaisons polaires, vont être non polaires. Pour la comparaison, examinons deux autres exemples de molécules et voyons si elles sont polaires ou non, en commençant par CH3Cl. Comme nous l’avons mentionné juste antérieurement, il n’y a généralement pas une différence assez grande d’électronégativité entre le carbone et l’hydrogène pour considérer que ces liaisons sont polaires. Mais le carbone est moins électronégatif que le chlore, ce qui signifie qu’il y aura une charge négative partielle sur le chlore et une charge positive partielle sur le carbone. Cela signifie qu’il y aura un dipôle orienté du carbone vers le chlore. Nous pouvons clairement voir que cette molécule n’est pas symétrique, à la différence de celles que nous avons examiné plus tôt. Il a un dipôle qui n’est pas compensé par un autre dipôle, donc cette molécule est polaire.
Jetons maintenant un coup d’œil à cette molécule, l’ammoniac ou NH3. L’ammoniac est plus électronégatif que l’hydrogène. Il y aura donc une charge négative partielle sur l’ammoniac et des charges positives partielles sur l’hydrogène. Cela signifie qu’il y aura des dipôles orientés des atomes d’hydrogène vers l’azote. Maintenant, cette molécule peut paraitre symétrique, mais nous ne pouvons pas oublier cette paire isolée. Nous pouvons imaginer faire tourner cette molécule de sorte que la paire solitaire se retrouve dans une position différente. Et nous pouvons voir que cette molécule ne ressemble plus à ce qu’elle était précédemment. Cela signifie que les dipôles ne pourront pas s’annuler les uns les autres. Il y aura toujours un dipôle net orienté vers l’azote, ce qui signifie que la molécule est polaire.
Prenons un autre exemple, l’eau ou H2O. L’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène. Ainsi, les atomes d’hydrogène auront tous les deux une charge positive partielle, tandis que l’oxygène a une charge négative partielle, ce qui signifie que chaque liaison sera polaire avec un dipôle pointant vers l’oxygène. Mais tout comme nous l’avons vu dans le cas de l’ammoniac, ces dipôles ne s’annuleront pas mutuellement à cause de la présence des paires isolées de l’eau. Il y aura plutôt une nette attraction des électrons vers l’oxygène. Cette molécule sera polaire.
Nous avons donc appris à identifier une liaison polaire et à déterminer son effet sur les molécules. Alors, examinons quelques problèmes avant de conclure cette vidéo.
Laquelle des liaisons suivantes est considérée comme polaire ? Une liaison simple Br-Br, une liaison simple CH, une liaison simple CC, une liaison simple OH ou une double liaison OO.
Les liaisons sont polaires à cause des différences d’électronégativité entre les atomes. En effet, l’électronégativité décrit la tendance d’un atome à attirer les électrons partagés d’une liaison vers lui-même. Cela signifie que si un atome est plus électronégatif qu’un autre, les électrons seront attirés vers l’atome plus électronégatif. Lorsque cela se produit, le lien est considéré comme polaire. Donc, à partir de cette explication, nous savons qu’il doit y avoir une différence d’électronégativité entre les atomes, ce qui signifie que toute liaison entre deux atomes identiques ne sera pas polaire car il n’y a pas de différence d’électronégativité entre les atomes.
Nous pouvons donc exclure à coup sûr la liaison simple Br-Br, la liaison simple carbone-carbone et la double liaison oxygène-oxygène. Cela nous laisse avec la liaison simple carbone-hydrogène et la liaison simple oxygène-hydrogène. Maintenant, il peut sembler que ces deux liaisons devraient peut-être être polaires car il y aura une certaine différence d’électronégativité entre le carbone et l’hydrogène et l’oxygène et l’hydrogène.
Si nous regardons l’échelle des électronégativités de Pauling, échelle couramment utilisée pour comparer les électronégativités des atomes en les ordonnant de zéro à quatre où quatre est la plus élevée, nous pouvons voir que, alors qu’il y a une assez grande différence d’électronégativité entre l’oxygène et l’hydrogène, il n’y a pas une grande différence entre le carbone et l’hydrogène. Parce que la différence d’électronégativité est ici si petite, la liaison carbone-hydrogène n’est généralement pas considérée comme polaire, mais la liaison oxygène-hydrogène l’est très certainement. Donc, dans notre liste, la liaison qui est considérée comme polaire est la liaison oxygène-hydrogène.
Maintenant, résumons cette vidéo par ces points clés. Les liaisons polaires sont dues aux différences d’électronégativité entre les atomes. Cela entraîne l’existence d’une charge négative partielle sur l’atome le plus électronégatif, ce que nous pouvons indiquer en utilisant la lettre grecque minuscule 𝛿. L’atome le moins électronégatif aura une charge positive partielle. Cette séparation de charge à travers la liaison entraîne la présence d’un dipôle, que nous pouvons indiquer à l’aide de cette flèche qui pointe vers l’atome le plus électronégatif. Si nous voulons déterminer si toute une molécule est polaire ou non polaire, il ne suffit pas de déterminer si elle a simplement des liaisons polaires. Les molécules symétriques seront également non polaires car les dipôles de liaison s’annuleront entre eux.