Hybridation_Carbone?

[merins]

Bonjour tout le monde ;


J’ai quelques confusions avec la détermination de l’état d’hybridation des atomes.
J’avais l’habitude de raisonner de la façon suivante :

Par exemple pour l’atome de carbone excitée, de configuration électronique : 1s² 2s1 2p3, dans une molécule CH4, le carbone est hybridée sp3 parce que ce sont 4 simples liaisons ( entre C et H ), mais si le carbone est engagée dans une ou deux double liaison comme dans le cas de CO2, je pense qu’une double liaison est formé par une liaison « sigma » et une liaison « pi » donc l’atome doit garder deux orbitales « p » pures pour assurer le recouvrement latérale et les deux autres orbitales seront hybridées sp pour assurer les deux liaisons sigma, mais dans un exercice corrigée j’ai trouver que la molécule de CO2 est hybridée sp2 !????


L’atome de carbone dans son état fondamental peut former deux liaisons, et dans l’état excité peut former 4 liaisons, est ce qu’il n’y a dans la nature que des carbones avec 4 liaisons ?
Sinon comment peut-on expliquer l’existence de la molécule « CO » ?

Merci d’avance.
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[philou21]

Bonjour tout le monde ;


J’ai quelques confusions avec la détermination de l’état d’hybridation des atomes.
J’avais l’habitude de raisonner de la façon suivante :

Par exemple pour l’atome de carbone excitée, de configuration électronique : 1s² 2s1 2p3, dans une molécule CH4, le carbone est hybridée sp3 parce que ce sont 4 simples liaisons ( entre C et H ), mais si le carbone est engagée dans une ou deux double liaison comme dans le cas de CO2, je pense qu’une double liaison est formé par une liaison « sigma » et une liaison « pi » donc l’atome doit garder deux orbitales « p » pures pour assurer le recouvrement latérale et les deux autres orbitales seront hybridées sp pour assurer les deux liaisons sigma, mais dans un exercice corrigée j’ai trouver que la molécule de CO2 est hybridée sp2 !????

Tu as raison : sp

L’atome de carbone dans son état fondamental peut former deux liaisons, et dans l’état excité peut former 4 liaisons, est ce qu’il n’y a dans la nature que des carbones avec 4 liaisons ?
Sinon comment peut-on expliquer l’existence de la molécule « CO » ?

Merci d’avance.

Oui, le carbone peut engager 2 liaisons (CO et les carbènes par exemple)

[invite635a16d2]

De manière générale les carbones ont toujours 4 liaisons : CH4 !
La configuration fondamentale du carbone est 1s2 2s2 2p2 donc à première vue on dit qu'il ne peut faire que 2 liaisons et qu'il faut passer à l'état excité pour qu'il en fasse 4 : 1s2 2s1 2p3 . D'autres disent que quand les sous couches (s p d f ...) sont demi remplies elles sont plus stable et donc ça justifit que la bonne configuration est 1s2 2s1 2p3 et donc que le carbone a une valence de 4. D'autre encore le justifie par le fait que le carbone respecte la regle de l'octet.
La vrai raison (à mon sens) est que pour le carbonne la règle de kleshkowski marche pas et que on ne peut pas considérer les électrons indépendant => on ne peut pas écrire de configuration électronique.

En chimie (surtout en orga) les gens généralise et utilise le vocabulaire sp1 2 3 et liaison sigma ou pi de manière abusive. En réalité pi et sigma n'existe que pour des molécules diatomiques et la théorie de l'hybridation est fausse (utile quelques fois pour réfléchir mais fausse).
Pour moi le fait de dire si un C est sp2 sp3 ou sp1 c'est juste en relation avec le type de liaison
sp3 = liaison simple
sp2 = il y a une liaison double
sp1 = il y a une liaison triple

Je pense que pour CO2 la théorie de l'hybridation ne marche pas, on peut pas faire rentrer le carbone dans une catégorie. Pour donner une réponse je pense qu'il est plus près de sp1 car il forme deux liaisons double (pi) perpendiculaire comme un carbone sp1. Mais comme il ne forme que des doubles liaisons certains disesnt qu'il est sp2 car sp2 = double liaison. Si tu passes des concours essaye de voir avec tes profs ou sur des rapports de jury pour voir la réponse attendue ...

Pour la molécule CO on peut peut-etre dire que le carbone est sp1 car le schéma de lewis est une liaison triple entre le C et le O avec un doublet sur chaque atome, ce qui conduit à une charge plus sur l'oxygène et une charge moins sur le carbones. La molécule de CO est une exception car c'est l'atome le moins électronégatif qui porte la charge moins mais ça a été vérifié expérimentalement.

Pourquoi la théorie de l'hybridation est fausse. Si on considère CH4, on dit que le C est sp3 car les 4 orbitales de liaisons sont chacune le mélanges de la 2s et de trois 2p (d'où s p 3) et on a une orbitale sp3 par liaisons. Or, les liaisons CH étant équivalente ça conduit à quatre orbitale dégénérées en énergie et spectroscopiquement ça a été vérifié que ce n'est pas le cas. Si tu regardes la théorie des orbitales moléculaires tu verras qu'en fait il y a trois orbitales dégénérées et une plus basse. Ces quatres orbitales sont des mélanges de la 2s et des 2p du carbonnes avec les 1s des H, la somme des 4 orbitales représente l'ensemble des 4 liaisons CH ce qui fait qu'elles sont bien équivalente.

Je pense que la théorie de l'hybridation c'est bien mais si on veut vraiment voir le détail il faut passer par la théorie des orbitales moléculaires.

[philou21]

De manière générale les carbones ont toujours 4 liaisons : CH4 !

Non, des composés avec deux liaisons existent : les carbènes (ex CCl2) ou tout simplement le CO

La vrai raison (à mon sens) est que pour le carbonne la règle de kleshkowski marche pas et que on ne peut pas considérer les électrons indépendant => on ne peut pas écrire de configuration électronique.

Désolé, je ne comprends pas ce que tu veux dire ...

En réalité pi et sigma n'existe que pour des molécules diatomiques

Oui et non ... la distinction sigma et pi est tout à fait claire pour une molécule plane.

et la théorie de l'hybridation est fausse (utile quelques fois pour réfléchir mais fausse).

Oui... Lewis c'est faux, Gillespie c'est faux, le orbitales moléculaires c'est faux etc... ce sont toutefois des approximations qui sont bien utiles, il faut simplement connaitre leurs limites de validité.

Je pense que pour CO2 la théorie de l'hybridation ne marche pas

Ben si ... je vois pas le problème.

La molécule de CO est une exception car c'est l'atome le moins électronégatif qui porte la charge moins mais ça a été vérifié expérimentalement.

Oui, le moment dipolaire est quasi nul, on interprète souvent ça comme une donation d'un doublet de l'oxygène vers une orbitale vide du carbone.

Pourquoi la théorie de l'hybridation est fausse. Si on considère CH4, on dit que le C est sp3 car les 4 orbitales de liaisons sont chacune le mélanges de la 2s et de trois 2p (d'où s p 3) et on a une orbitale sp3 par liaisons. Or, les liaisons CH étant équivalente ça conduit à quatre orbitale dégénérées en énergie

non, ça n'a rien à voir. Tu mélanges orbitales atomiques et orbitales moléculaires. Une dégénérescence d'ordre 4 n'est pas possible dans le groupe Td. Tu peux très bien partir d'une base sp3 dégénérée et construire des orbitales moléculaires avec une dégénérescence plus faible..

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite635a16d2]

Non, des composés avec deux liaisons existent : les carbènes (ex CCl2) ou tout simplement le CO

Oui je suis bien d'accord mais merins demandait si ça existe des carbones avec 4 liaisons et c'est justement le cas dans les hydrocarbures.

Citation:
La vrai raison (à mon sens) est que pour le carbonne la règle de kleshkowski marche pas et que on ne peut pas considérer les électrons indépendant => on ne peut pas écrire de configuration électronique.


Désolé, je ne comprends pas ce que tu veux dire ...

Quand tu écris une configuration électronique (d'un atome ou d'une molécule) c'est que tu attribues à chaque électron une fonction d'onde donnée qui est indépendante des autres électrons. Donc ça veut dire que tu négliges le termes d'interactions entre les électrons dans le Hamiltonien. Quand tu passe aux termes spectroscopique tu prend en compte cette interaction.
C'est pour ça que pour le carbone je pense que ce n'est pas suffisant de s'arrêter à la configuration électronique pour voir le nombre d'électron de valence.

pi et sigma sont des représentations irréductibles des groupes infinis et les seules molécules qui appartiennent à ces groupes sont les diatomiques. Pour les molécules planes, c'est vrai que la définition se tient encore (hors du plan ou dans le plan) mais c'est un abus de langage.
Ce qui me ramène au fait qu'il y a des approximations partout et je suis bien d'accord qu'elles sont très utile si tu fais attention aux approximations. Je ne voulais pas dire : jettes tout à la poubelle sauf les OM ... mais j'ai peut être trop fais voir que j'aime pas la théorie de l'hybridation
Je pense juste que des fois les profs (en prépa surtout) on tendance à faire dire à ce genre de chose beaucoup plus que ce qu'elle le peuvent.

Citation:
Pourquoi la théorie de l'hybridation est fausse. Si on considère CH4, on dit que le C est sp3 car les 4 orbitales de liaisons sont chacune le mélanges de la 2s et de trois 2p (d'où s p 3) et on a une orbitale sp3 par liaisons. Or, les liaisons CH étant équivalente ça conduit à quatre orbitale dégénérées en énergie

non, ça n'a rien à voir. Tu mélanges orbitales atomiques et orbitales moléculaires. Une dégénérescence d'ordre 4 n'est pas possible dans le groupe Td. Tu peux très bien partir d'une base sp3 dégénérée et construire des orbitales moléculaires avec une dégénérescence plus faible..

Pour moi dans la théorie de l'hybridation tu construits à partir de la 2s et des 2p du carbone des orbitales telles qu'elles soient orientées le long des liaisons. Ensuite tu mélange ces orbitales hybrides avec les fragments liés au carbone. Dans le cas de CH4, tu construit donc 4 orbitales sp3 orientées selon les quatre liaisons de CH4 de sorte que le tout soit tétraédrique et donc dans le groupe Td. Ensuite chacune des orbitales sp3 se lie avec une 1s de l'hydrogène et tu as donc quatre orbitales liantes et quatre antiliantes de même énergie et donc dégénérées (4 à 4). Elles sont dégénérées car les 4 orbitales hybrides sont dégénérées (par construction) et que les 4 orbitales 1s aussi. C'est la le problème de la théorie de l'hybridation => on a pas 4 OM dégénérées dans CH4 car premièrement ça existe pas dans Td et deuxièmement expérimentalement c'est pas observé.
Le groupe Td ne comporte pas de RI de dimension 4, le maximum c'est 3 et il me semble que c'est T1 pour CH4. Et si tu fais le diagrammes de CH4 les liaisons CH sont représentées par trois OM liantes dégénérées (faisant intervenir les 2p et les 1s de l'hydrogène) plus une un peu plus basse (qui fait intervenir la 2s du C et les 1s de l'H). Tu as la même chose en sens inverse du coté des antiliantes. Comme chaque liaison CH est représentées dans une des trois OM dégénérées plus celle qui est plus basse on a bien 4 liaisons CH équivalente.

Ceci dis les gouts et les couleurs ça s'invente pas ... Et de temps en temps il faut bien faire des approximations pour réfléchir avec des schémas simples, je suis d'accord avec toi c'était pas le sens de ce que je voulais dire.

[philou21]

Sa demande était celle –ci :

MERINS :est ce qu’il n’y a dans la nature que des carbones avec 4 liaisons ?

« Quand tu écris une configuration électronique (d'un atome ou d'une molécule) c'est que tu attribues à chaque électron une fonction d'onde donnée qui est indépendante des autres électrons. Donc ça veut dire que tu négliges le termes d'interactions entre les électrons dans le Hamiltonien. Quand tu passe aux termes spectroscopique tu prend en compte cette interaction.
C'est pour ça que pour le carbone je pense que ce n'est pas suffisant de s'arrêter à la configuration électronique pour voir le nombre d'électron de valence. «

Ca, c’est valable pour toute structure polyélectronique qu’elle soit atomique ou moléculaire, ce n’est pas spécifique au carbone. Mais bon, ça n’a rien à voir avec le problème.

« pi et sigma sont des représentations irréductibles des groupes infinis et les seules molécules qui appartiennent à ces groupes sont les diatomiques. Pour les molécules planes, c'est vrai que la définition se tient encore (hors du plan ou dans le plan) mais c'est un abus de langage. »

Abus de langage, peut-être…, mais soit le caractère de la représentation est -1 pour le plan soit +1 .

« Je pense juste que des fois les profs (en prépa surtout) on tendance à faire dire à ce genre de chose beaucoup plus que ce qu'elle le peuvent. »

C’est possible, l’hybridation est essentiellement une méthode (plutôt qu’une théorie) qui permet d’expliquer facilement à un certain niveau, la géométrie et la nature des liaisons rencontrées dans des molécules si possible organiques.

Je pense que c’est une méthode de choix pour faire comprendre à un débutant (ou a quelqu’un qui n’a pas besoin d’approfondir) la façon dont on peut construire des liaisons dans un édifice moléculaire.

En aucun cas cette méthode n’a la prétention de calculer une énergie.

De la même façon, gillespie est la méthode de choix pour expliquer et prévoir la structure géométrique des molécules.

Cordialement

[invite635a16d2]

Je connais pas gillepsie ? C'est quoi ?

Ca, c’est valable pour toute structure polyélectronique qu’elle soit atomique ou moléculaire, ce n’est pas spécifique au carbone. Mais bon, ça n’a rien à voir avec le problème.

Oui mais souvent ça marche bien si tu restes dans les premières lignes de la classification. Ce que je me demande c'est si dans le cas du C la valence 4 ne s'explique pas par le fait que l'approximation de la configuration électronique ne marche pas ? Tu en penses quoi ?

Excuse moi si je te parrais agressif ce n'est pas intentionnel ...

Cordialement

[philou21]

excuse, Gillespie c'est l'inventeur de la théorie VSEPR... J'aurais dû dire VSEPR.

La valence 4 est due au fait que les 2p sont très près des 2s en énergie.
Par contre quand ont descend dans la famille, l'écart entre la s et les p augmente et le doublet s peut rester bien tranquille ce qui fait qu'il n'y a plus que les deux électrons p pour former les liaisons : on à alors la possibilité d'avoir des composés divalents : SnX2, SnSe, PbX2 etc... alors que pour le carbone la valence 4 est quand même la règle.

Excuse moi si je te parrais agressif ce n'est pas intentionnel ...

Non, rassure-toi tu ne me parais pas agressif ...

Cordialement

[philou21]

Aussi faut pas oublier que le terme spectral fondamental du carbone est ³P₀ issu principalement de la conf 2s²2p².

[philou21]

Mea culpa
Je voudrais corriger mon interprétation de la stabilité des valences II quand on descend dans la famille du carbone…

En fait, contrairement à ce que j’ai avancé, l’écart entre l’orbitale s et les les p n’augmente pas significativement lorsque l’on descend dans la famille.

Il faut donc chercher ailleurs cette l’origine de cette stabilité.

L’énergie de promotion entre M^II et M^IV doit dépendre de la répulsion électronique. Plus la répulsion est grande plus la promotion est facile et donc d’énergie faible.
Quand on descend dans la famille, les orbitales sont de plus en plus « grosses » et donc la répulsion diminue et incidemment l’énergie de promotion sera de plus en plus forte.

Ceci va bien dans le sens de l’observation.

Cotton explique l’évolution entre le Si le Ge le Sn et le Pb en arguant du fait que l’énergie de la liaison M-X est le plus en plus faible et donc MX₂+X₂ -> MX₄ ne parvient plus à compenser l’énergie de promotion M^II -> M^IV

Je pense que les deux phénomènes (stabilité de M-X et variation de l’énergie de promotion) doivent jouer ensemble leurs rôles.

Si quelqu’un à des idées…