Chimie structurale

La liaison chimique


Pendant longtemps la liaison chimique est restée une énigme. A partir de 1916, chimistes et physiciens ont commencé à supposer qu'une liaison chimique résulte de la mise en commun de deux électrons appartenant à deux atomes distincts. Cette définition fort simple n'est maintenant considérée que comme une approche partielle du problème de la liaison chimique.


Prenons l'exemple, de la formation d'une liaison entre un atome d'iode et un atome d'hydrogène, lors de la réaction :

H2+ I2 = 2 HI

ou

H-H + I-I = 2 H-I

On peut consulter l'animation, pour visualiser la réaction chimique. Dans cet exemple la réaction résulte d'un transfert cyclique d'électrons. Mais selon les cas, la liaison chimique devra être décrite avec différents modèles, dont trois principaux :

  • modèle ionique ou électrostatique,
  • modèle covalent de Lewis,
  • modèle orbitalaire issu de la chimie quantique.

On aura aussi besoin de temps en temps du modèle de l'oscillateur (harmonique ou anharmonique).


Modèle de liaison ionique ou électrostatique

C'est la plus ancienne des théories de la liaison chimique. Ce modèle décrit la liaison chimique comme résultant de l'attraction d'une espèce négative (X-) et d'une espèce positive (M+). Dans cette liaison, c'est la force électrostatique qui assure la cohésion de la liaison.

Cette liaison ionique est un modèle extrême qui impose une charge élémentaire positive sur la cation et une charge élémentaire négative sur l'anion. La réalité est moins catégorique, et dans une liaison, la charge n'est jamais élémentaire mais partielle, et se note de pour le cation et - de pour l'anion, avec 1 > d > 0.

Lorsque de tend vers zéro, c'est que la liaison perd son caractère ionique : il s'agit alors d'une liaison de covalence.


Modèle de liaison covalente de Lewis

Le modèle de la liaison covalente décrit la liaison chimique comme la mise en commun de 2 électrons, appartenant chacun à un atome différent : dans une liaison entre deux atomes, chaque atome engage son électron et de l'appariement résulte la liaison.

Ce modèle a été proposé en 1916, Gilbert Lewis. De façon à simplifier la représentation des ces phénomènes, Lewis a aussi mis au point un mode de représentation des atomes, des liaisons et des molécules. Pour davantage de précisions sur le modèle de Lewis : structures atomiques et moléculaires de Lewis.


Le modèle orbitalaire ou modèle quantique

A la fin des années 20, des chercheurs d'une dizaine de nationalités vont participer à l'élaboration d'une nouvelle théorie de la matière : la mécanique quantique. Basée uniquement sur quelques postulats mathématiques, cette méthode difficile à vulgariser fut appliquée dès ses débuts à la chimie : la chimie quantique. Mais ce n'est que vers 1960 qu'elle fut réellement adaptée à la réactivité chimique, à l'étude des mécanismes réactionnels et à l'interprétation des réactions chimiques auparavant considérées comme à mécanisme inconnu. Une des bases importantes de cette théorie est la description des liaisons comme des recouvrements orbitalaires d'orbitales atomiques formant des orbitales moléculaires.


L'oscillateur harmonique

L'oscillateur harmonique est un modèle de liaison utilisé pour expliquer certains phénomènes plus physiques que chimiques, notamment les propriétés d'absorptions en spectroscopie. Nous le présentons néanmoins ici car il permet de mieux interpréter certains phénomènes.

Ici, nous avons représenté de façon très symbolique la vibration de la double liaison dans la molécule de dioxygène.

Approfondissements.


Bibliographie

  • Barquins M. 1994 - Les forces de van der Waals - Pour la Science, 202, p. 90-92.
  • Chevreau H. et Fuster F. 2001 - La liaison chimique : mythe ou réalité ? Les méthodes topologiques de description de la liaison - Act. Chim., mars(3), p. 15-22.
  • Gerschel A. 1995 - Liaisons Intermoléculaires - InterEditions, 288 p. Paris.
  • Vidal B. 1989 - La liaison chimique : le concept et son histoire - Vrin.

 


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