Cours de chimie niveau seconde – Constitution et transformations de la matière – Partie 1: de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique – B) Modélisation de la matière à l’échelle microscopique – Vers des entités plus stables chimiquement.
- Définition
- Trouver le nombre de doublets non liants d’un atome (méthode n°1)
- Trouver le nombre de doublets non liants d’un atome (méthode n°2)
- Nombre de doublets non liant des atomes courants
- Représentation
- Influence sur la géométrie d’une molécule
Définition
Un doublet non liant correspond à une paire de deux électrons qui appartiennent à la couche externe d’un même atome et qui ne forment pas de doublet liant.
Lorsqu’un atome fait partie d’une molécule alors il établit une ou plusieurs liaisons simples avec d’autres atomes, tous les électrons de sa couche de valence forment alors des doublets :
- certains d’entre eux forment un doublet liant en s’associant à un électron d’un autre atome, ces doublets liants constituent des liaisons covalentes et leur nombre est dicté par les règles de stabilité chimique (pour les éléments des trois premières périodes).
- tous les autres électrons restant sur la couche de valence se regroupent par paires pour former des doublets non liants
Trouver le nombre de doublets non liants d’un atome (méthode n°1)
Pour trouver le nombre de doublets liant d’un atome on peut suivre la méthode suivante :
- trouver le nombre d’électrons « ne » sur la couche de valence (par exemple en déterminant la configuration électronique)
- déterminer le nombre « nl » de liaisons covalentes établies par l’atome (en utilisant les règles de stabilité chimique)
- calculer le nombre d’électrons de la couche de valence qui ne participent pas à des liaisons : ne – nl
- Le nombre de doublets liants correspond à la moitié du résultat précédent : (ne – nl)/2
Exemple : Nombre de doublets non liants de l’hydrogène
Sa configuration électronique est 1s1, il ne possède qu’un électron sur sa couche de valence et ce dernier est engagé dans une liaison covalente qui lui permet d’obtenir la configuration électronique du gaz noble le plus proche (l’hélium). Une fois cette liaison formée il ne reste aucun électron disponible sur la couche de valence par conséquent l’atome d’hydrogène n’a aucun doublet non liant.
Exemple : l’atome de carbone
Sa configuration électronique est 1s22s22p2, sa couche de valence (couche n°2) comprend donc quatre électrons (deux sur la sous-couche 2s et 2 sur la sous-couche 2p . Ces quatre électrons s’engagent tous dans une liaison covalente car le carbone a besoin de 4 électrons supplémentaires pour compléter sa couche de valence. Par conséquent l’atome de carbone ne dispose d’aucun doublet non liant.
Exemple : l’atome d’azote
Il a pour configuration électronique 1s22s22p3, et sa couche de valence (couche n°) accueille cinq électrons. Pour saturer sa couche de valence il forme 3 liaisons covalentes en y engageant trois de ses cinq électrons de valence par conséquent il en reste 5 – 3 = 2 qui forment 2/2 = 1 doublet non liant.
Exemple : l’atome d’oxygène
La configuration électronique de l’atome d’oxygène est 1s22s22p4 , et il a six électrons sur sa couche de valence (couche n°2). Pour compléter sa couche de valence il engage deux de ses six électrons dans deux liaisons covalentes, il reste donc 6-2 = 4 électrons qui se regroupent par deux pour former 4/2 = 2 doublets non liants.
Trouver le nombre de doublets non liants d’un atome (méthode n°2)
Un atome de la deuxième ou de la troisième période respecte toujours la règle de l’octet et dispose toujours au sein d’une molécule de huit électrons sur sa couche de valence ce qui correspond à un total de 4 doublets (liants ou non liants).
Pour un atome dont le nombre de liaisons covalentes est connu le nombre de doublets non liants correspond au nombre de doublet manquant pour arriver à un total de quatre.
Exemples
- Le carbone forme 4 liaisons covalentes qui permettent d’atteindre un total de quatre doublets : il n’y a donc aucun doublet non liant.
- L’azote forme 3 liaisons covalentes soit 3 doublets liants, il faut donc un doublet non liant pour arriver à un total de quatre.
- L’oxygène forme deux liaisons covalentes correspondant à deux doublets liants, il manque deux doublets non liants pour atteindre un total de quatre.
Nombre de doublets non liant des atomes courants
| Elément chimique | Nombre de doublets non liants |
| Hydrogène H | 0 |
| Hélium He | 1 |
| Carbone C | 0 |
| Azote N | 1 |
| Oxygène | 2 |
| Fluor F | 3 |
| Néon Ne | 4 |
| Silicium Si | 0 |
| Phosphore P | 1 |
| Soufre | 2 |
| Chlore | 3 |
| Argon | 4 |
Représentation
Tout comme un doublet liant, un doublet non liant se représente par un trait mais à la différence de ce dernier il se trace autour du symbole atomique et non entre de deux symboles.
Exemple des doublets non liants de l’oxygène de la molécule d’eau:
Les doublets non liants ne sont pas représentés dans les formules développées ou semi-développées mais ils figurent dans les représentations de Lewis.
Influence sur la géométrie d’une molécule
Les doublets non liants (tout comme les liants) occupent leur propre zone de l’espace située en périphérie de l’atome et :
- repoussent (répulsion électrique) les autres doublets constitués d’électrons négatifs
- sont repoussés par les autres doublets.
Cette répulsion mutuelle conduit les doublets à s’éloigner au maximum les uns des autres et détermine leur orientation spatiale. Les angles formés par les liaisons interatomiques ainsi que la géométrie globale de la molécule dépend donc non seulement des doublets liants mais aussi des doublets non liants.