Liaisons chimiques: questions simples.

[invite20e1231e]

Bonjour tout le monde,

je suis en première année de l'INSA de Toulouse. Helas l'année n'a pas très bien commencé, j'ai été malade pendant quelque temps, et du coup il y a certains cours, dont celui de chimie ou je peine un peu a rettraper les TD, car quelques lacunes malgrès les assez bonnes corrections que j'ai.
J'ai donc noté quelques questions assez basiques que je me pose. Si vous trouvez la réponse, n'hésitez pas en m'en faire part! Je vous remerci d'avance pour l'attention que vous me consacrez!

1) Dans le tableau périodique, comment faire pour savoir combien de liaisons possède un atome? (EX: 7N (Azote))?

Faut il a chaque fois réécrire 1s1 2s2... etc ou peut on se débrouiller juste avec le numéro de la famille? Le fait qu'il appartienne a la famille VA veut il dire qu'il peut faire 5 liaisons avec un autre atome?

Une amie m'a dit qu'à partir de la troisième ligne du tableau, un atome de la famille VA par exemple, pouvat réaliser soit 5 liaisons, soit trois. Pourquoi? Et pourquoi pas les atomes de la deuxième période?

Bref si quelqu'un avait le courage de m'expliquer brievement comment sa marche ... Les explications que j'ai sont très brèves et peu consistantes.

2) Pourquoi lorsque l'on représente les électrons d'un atome dans les cases, ne représente t-on jamais la première case? (1s1) ?

3) Dans NO2+, le "+" peut concerner le N comme un des O?

4) dans mes exercices, on doit dire si "1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D10 4S1 4P3" est vraie. Moi je trouve que non, puisque il manque le "4S2" entre 3P6 et 3D10. non?

5) apparement, toujours d'après une correction, on peut écrire 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 ou 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5. Pourquoi cette équivalence? Sa représente un état exité?

6)Dans les nombres quantiques, n représente la taille de l'orbitale, qui correspond au nombre N devant le dernier élément (Exemple: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 donc n = 3) ou au plus grand N? (dans le même exemple, n=4).

7) comment trouve t-on m, et le spin? On ne le traite pas dans les exos, est ce aléatoire?

Merci encore, je pense que sa ne devrait pas trop poser de problème a quiquonque a quelque notions de chimie...
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[moco]

Diable, que de questions !
On va essayer de te répondre.
1. En principe, les atomes de la première période de 8 ne peuvent faire que 4 liaisons car ils suivent la règle de l'octet. La régle de l'octet ne permet pas de faire 5 liaisons, même si, par exemple l'azote N dispose de 5 électrons. L'azote forme NH₃, NF₃, puis NH₄⁺, mais pas NX₅ !!

Les atomes de la ligne suivante n'ont pas besoin de respecter la règle de l'octet, car elle n'est pas valable pour eux. Il faut se rappeler que, sur une orbite de nombre quantique principal n, on peut mettre 2n² électrons. Donc sur la 3ème couche, on peut mettre 2fois 3² = 18 électrons. Sur la 3ème ligne, la règle de l'octet deviendrait la régle du 18-uplet. Sur la 2ème couche, on peut mettre 2 fois 2² = 8 électrons, d'où le nom "octet".

Donc le phosphore P peut faire PF₅, PCl₅, et les ions PF₆^-. Le soufre S peut faire SF₆.

2. Il n'y a aucune raison logique de ne pas représenter H, Li, Na, etc. avec un seul électron : H·, Li·, Na·, etc.. Où as-tu vu ces atomes sans électrons ?

3. Dans NO₂⁺, comme dans toutes les structures semblables, la nature favorise la structure qui a le plus d'éléments de symétrie. La structure la plus symétrique est lO=N=Ol, avec une charge + sur l'azote. C'est plus symétrique que lO=N-Ol avec une charge plus sur O.

4. La structure qui se termine par 4s1 4p3 est possible. Elle n'est pas stable. Elle désigne un état excité.

5. La position des niveaux n'est pas fixée une fois pour toute. Elle varie un peu selon l'occupation de ces états. Les niveaux 4s et 3d sont pratiquement au même niveau, quand ils sont tous deux vides. Mais, selon leurs occupations respectives, 4s peut se trouver tantôt plus haut, tantôt plus bas que 3d.

Je n'ai pas compris tes questions 6 et 7.

[invite20e1231e]

Génial! Merci Moco.

Pour les question 3)4)5, c'est okay, j'ai compris. La deux en fin de compte n'est pas de première nesséssité, sa serai compliquer à expliquer, et s ne traite qu'un problème de présentation en fait.

En revanche pour la 1, que voulez vous dire par "la première periode de 8"?
Quand vous dites "l'atome N dispose de 5 électrons" vous parlez bien de 5 electrons de valence?

La regle de l'octet n'est valable que pour les périodes 1 et 2 donc?

Si je veux donc savoir combien de liaison peut faire un atome a un Z grand (exemple 52Te, qui est à la 5 eme periode, je fais 52 - 2 - 8 - 18 - 18 =16, et je remplie ma 5 eme couche qui est 5s2 4d10 5p4. C'est sa? Il y a une (autre) méthode plus simple?

[moco]

La régle de l'octet devrait s'appeler la règle du 2n²uplet.
Pour la première période, où ne se trouvent que H et He, il n'y a qu'une couche occupée, n = 1, et on ne peut mettre que 2n² = 2·1² = 2 électrons extérieurs. Ici, il n'existe pas de règle de l'octet.
Sur la 2ème période, occupée par 8 atomes (de Li à Ne), la couche où se trouvent les électrons de valence est la 2ème. Donc n = 2. On ne peut y mettre qu'un maximum de 2·n² = 2·2² = 8 électrons, ou 4 doublets, ou un octet. Ces atomes peuvent s'entourer d'un maximum de 4 liaisons. La règle de l'octet s'applique bien à ces atomes. Et comme ce sont les plus importants de la chimie, on a tendance à généraliser.
Sur la 3ème période, occupée par 8 atomes (Na à Ar), la couche où se trouvent les électrons est la 3ème. Donc n = 3. On peut y mettre un maximum de 2·3² = 18 électrons, donc 9 doublets. Cela ne fait pas un octet. Les atomes peuvent y faire des structures avec plus de 4 doublets extérieurs, bien qu'ils n'arrivent presque jamais à 9. Il se trouve que sur cette période, la règle de l'octet, héritée de la période précédente, s'applique assez souvent, mais pas toujours.
Sur la période suivante, occupée par 18 atomes, la couche où se trouvent les électrons est la 4ème. Donc n = 4. On peut y mettre un maximum de 2·4² = 32 électrons, soit 16 doublets. Là encore, la règle de l'octet ne s'applique pas.

Ce qui complique dans toute cette démonstration, c'est que les 8 premiers électrons d'une couche quelconque sont tous à peu près équivalents. Tandis que les suivants (les 10 suivants dans une couche de 18, les 24 suivants dans une couche de 32) sont beaucoup moins bien "retenus" par le noyau que les premiers. On ne dirait pas qu'ils font partie de la même couche, donc qu'ils ont le même numéro quantique principal. Les calculs deviennent compliqués.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite20e1231e]

Super! merci moco, j'ai assez bien compris ton explication, et elle éclairci pas mal de chose!

Maintenant, j'ai une autre question, un peu en rapport.

Dans une représentation de léwis:

On représente la molécule HCl comme sa: H - Cl avec trois dnl autour de Cl (que je ne sais pas représenter à l'ordi).

Ici, Cl fait une liaison avec H. (1s2 2s2 2p6 3s2 3p5)

En revanche, dans HCLO4, on la représente par

O
l
O = Cl = O
l
OH

Donc ici, Cl exécute 6 liaisons.

Peut on considérer que Cl est exité dans la deuxième molécule?

Dans mon cour il est marqué que ce phénomène (le fait que les électrons de Cl déborde sur la couche supérieure) n'intervient qu'à partir de la troisième période. Est ce vrai? Pourquoi?

Enfin, Pourquoi lorsque Cl est (a mon avis ) exité dans le deuxième cas, on trouve Cl : 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3 4s0 3d3 (daprès la corection de mes exos) et pourquoi pas 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3 4s1 3d2 !?!

Pour finir, lorsque une case de la couche p est vide, on le représente sur la représentation de léwis par un petit rectangle vide. La, dans la couche d, il y a deux cases vides! pourquoi ne le représente t-on pas ?!





Loic