Chimie organique - les hydrocarbures - les arènes: cas du benzène.

[clark_gaibeule]

Bonjour à toutes et à tous,

Hééé oui, c'est encore moi =>

je me permets de venir demander votre aide concernant un point de cours qui me paraît obscur:

On me parle des arènes ou hydrocarbures aromatiques et on aborde le cas du benzène. On me dit que "le cycle benzénique est composé de 6 atomes identiques, liés par 6 liaisons identiques, et la molécule de benzène peut être représentée par les 2 formes mésomères suivantes:"

img031.jpg

Voici mes questions:
1) Pourquoi me dit-on que les 6 atomes de carbone sont liés par des liaisons identiques alors que certaines sont doubles et d'autres simples?

2) La notion de mésomérie.
Voici la définition que donne mon annexe:

img030.jpg

Auriez-vous une définition plus abordable de cette notion? Notamment qu'entend t'on par "délocalisation des électrons" et "Deux mésomères d'une même molécule diffèrent par la localisation de leurs électrons?".

Je vous remercie sincèrement.

Bonne journée.

Cordialement.

Clark.
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[jeanne08]

je te mets une petite note à propos des formules mésomères ...
Les schémas de Lewis représentent bien beaucoup de molécules et permettent de prévoir des propriétés chimiques : ils sont donc très utiles. Mais il existe des molécules mal représentées par ces schémas ex: le benzène , qui a trois doublets pi donc à priori dans le schéma de Lewis : 3 simples liaisons alternées avec 3 doubles liaisons. Mais cette représentation ne reflète pas bien les propriétés du benzène , à commencer par le fait que les 6 liaisons CC sont parfaitement identiques et on a en réalité des liaisons ni simples ni doubles. On a donc trouvé une astuce d'écriture : on représente les formules mésomères ( pour le benzène on montre un déplacement de doublets pi ) et on dit que la molécule réelle est un " panachage" de ces deux écritures. Chaque formule mésomère ne représente rien .... c'est la superposition qui représente la molécule !

[Temujin1982]

Il faut tout d'abord se rendre compte que les structures de Lewis ne correspondent pas à une réalité physique : c'est juste une façon simple et pratique de représenter la localisation des électrons dans une molécule. C'est un méthode qui marche très bien pour la plupart des cas.
Cependant il existe des cas où une molécule a plusieurs structures de Lewis équivalentes qui diffères seulement par l'endroit où on dessine les doubles liaisons : ce sont les structures mésomères ; on ne peut les représenter par une seule et unique structure de Lewis. Alors attention quand on parle de "localisation" des électrons c'est par rapport à la façon qu'on a de dessiner une molécule sur un bout de papier : on ne parle pas de délocalisation des électrons dans le monde réel, chimiques, des molécules.

Ainsi dans le cas du dianion carbonate (CO₃^2-), on peut repésenter 3 formes mésomères équivalentes :
380px-Carbonate-ion-resonance-2D.png
en effet chaque molécule dessinée ici est identique aux autres : en réalité, on n'a pas 1 liaison double est deux liaisons simples dans cette molécule, mais 3 liaisons C-O qui sont entre une liaison simple et une liaison double.
Ce sont ce genre de cas où la représentation de Lewis à un peu de mal à rendre compte de la réalité. Seulement, ca reste tout de même simple et surtout pratique à utiliser quand on veut dessiner des mécanismes réactionnels, donc on continue à dessiner ces molécules (donc où il y a un effet mésomères possible), comme ca.

Pour le benzène, on est dans le même cas : on n'a pas 3 liaisons simple et 3 liaisons double, mais 6 liaisons qui sont entre simple est double. Les 6 électrons représentés par les liaisons doubles se trouvent en fait répartis entre tous les 6 carbones : ils sont en fait partagés équitablement entre les carbones. Il ne sont pas localisés précisément entre des carbones particulier : on dit donc qu'ils sont délocalisés.
360px-Benzene_delocalization.svg.png
(La forme tout à droite est une autre façon de dessiner le benzène qui met en avant le fait que les électrons se trouvent partagés entre tous les carbones.)

D'ailleurs la longueur des liaisons du benzène nus montre bien cette réalité : tu sais qu'une liaison simple est plus longue qu'une liaison double. Et bien dans le cas du benzène, la mesure nous donne :
-déjà toutes les liaisons ont la même longueurs. On a donc bien 6 liaisons identique.
-ensuite la longueur est entre la longueur d'une liaison simple H3C-CH3, et une liaison double H2C-CH2 : on a donc bien une liaison "hybride", entre simple et double.

[clark_gaibeule]

Bonsoir Jeanne08 et Temujin1982,
merci pour vos réponses!

Waw! C'est un peu compliqué pour mon tout petit petit petit cerveau mais je crois que j'ai compris!
Si je vous suis bien, la représentation sous la forme d'une formule de Lewis devient un peu "courte" pour certaines molécules. C'est le cas pour le benzène qui ne possède pas "réellement" de liaisons doubles et de liaisons simples mais un type de liaison "hybride" (désolé pour le terme c'est tout ce que j'ai trouvé qui me parle un peu). Donc on sort "de notre chapeau" deux formules de Lewis pour rendre compte de ces liaisons particulières?
Les formules mésomères représenteraient en fait les différentes façons de représenter une même molécule, en changeant les liaisons doubles et simples de place?
Temujin1982, merci pour la 3ème façon de dessiner le benzène que vous me proposez, qui me parle!
Enfin les concepts de "localisation" et "délocalisation" (pour les électrons j'entends) me semblent beaucoup plus clairs maintenant.

Encore merci à tous les deux.

Je vous souhaite un bon week-end.

Cordialement.

Clatk

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