Hybridation sp2 de l'azote

[Milou6797]

Bonsoir,

La question des hybridations est assez récurrente sur internet, cependant je n'ai pas réussi à trouver THE explication qu'il manque dans la chaîne de réflexion afin de comprendre totalement le modèle. Du coup, je me tourne vers vous en espérant trouver des réponses...
Alors voici le problème :

Dans le cas d'une molécule où l'azote est lié par une double liaison au carbone et par une liaison simple à un hydrogène, imaginons. La couche de valence de l'azote est 2s2 2p3, ce qui signifie qu'il peut établir 3 liaisons (et compter un doublet non liant) sans nécessité d'hybridation. Pourtant il est hybridé sp2, ce que je comprends dans un sens car pour former la liaison pi, il a besoin d'une OA p pure, dont il dispose dans ce type d'hybridation.
Mais voilà, le fait est qu'il PEUT établir 3 liaisons tout seul, avec ses orbitales p qui contiennent 3 électrons.
Quelqu'un m'a vaguement expliqué que c'était parce que le carbone, étant hybridé, ne peut faire des liaisons qu'avec d'autres atomes également hybridés. Est-ce la raison pour laquelle l'atome d'azote est sp2 ?

Merci d'avance.
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[Resartus]

Les orbitales de l'atome d'azote s'hybrideront dès qu'il se rapproche d'autres atomes, même des atomes non hybridés (sp3 par exemple dans NH3 ou NH4+), car c'est énergetiquement favorable

La question est plutôt pourquoi l'azote en liaison double avec le carbone prend une configuration de type sp2 plutôt que sp3

On peut le comprendre visuellement par le fait que, une fois la première liaison sigma établie, la deuxième liaison pi sera plus facile si elle se fait avec une orbitale p de l'azote plutôt qu'avec une sp2 ou sp3 (meilleurs recouvrements). Au total, on a donc une sigma sp2<->sp2, une pi p<->p, ce qui laisse deux sp2 à 120° dans le plan perpendiculaire à la pi , l'une pour le doublet libre, l'autre pour l'hydrogène ou un autre substituant

[Resartus]

PS :
Le carbone peut lui aussi se lier avec des atomes non hybridés. La règle qu'on vous a donnée est fausse.
Pour les trois pattes restantes hors la liaison pi, la configuration sp2 reste meilleure que sp ou pas d'hybridation (répulsion entre doublets cf VSEPR).

[Milou6797]

Merci pour votre réponse !
C'est juste une question de "facilité" pour les atomes si je comprends bien. Une dernière question : l'orbitale p pure restante étant perpendiculaire aux sp2, est-ce la raison pour laquelle la liaison pi est moins stable que la liaison sigma ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Je parlais de "facilité", parce qu'on ne sait pas résoudre mathématiquement les équation de meca Q, même pour des cas simples dès qu'on dépasse l'atome d'hydrogène. Toutes les méthodes qu'on utilise en chimie ne sont que des approximations basées sur des principes empiriques plus ou moins efficaces. Quand une méthode ne marche plus pour prédire la réalité, on la complique un peu. La règle de l'octet est une de ces méthodes VSEPR est un cran plus efficace, les méthodes d'hybridation moléculaires encore plus.

Dans l'approximation de l' l'hybridation moléculaire, on calcule (ou on visualise qualitativement) le recouvrement algébrique entre les orbitales atomiques, et l'hybridation qui donne le meilleur recouvrement donnera la liaison la plus forte.
C'est ainsi qu'une liaison sigma liante entre s ou p sera plus forte qu'une liaison pi entre p, et en sens inverse, quand ces niveaux sont peuplés, une liaison pi* sera moins répulsive qu'un sigma*.

L'application de ces règles ne permettait pas de prédire la géométrie des molécules avec du carbone ou de l'azote. C'est pourquoi on est passé à une méthode en deux étapes, avec une première hybridation intraatomique (sp, sp2, sp3) suivie de l'hybridation interatomique entre les orbitales atomiques hybridées.

Le principe reste le même : le recouvrement algébrique le plus important donnera la liaison la plus forte et la répulsion entre les orbitales restantes donne la géométrie. Simplement, comme ces orbitales intraatomiques ne sont finalement qu'un intermédiaire de calcul, il faut comparer le recouvrement selon qu'on part d'hybridations intraatomiques de type sp, sp2 ou sp3 de chaque atome pour prédire quelle sera la géométrie réelle de la molécule.
C'est comme cela qu'on arrive à sp3 pour des liaisons simples, sp2 pour des doubles, sp pour des triples.
En visualisant le recouvrement on peut vérifier que la liaison sigma sp2<->sp2 sera plus forte que la liaison pi p<->p.

Cette méthode des hybridations permet de prédire la plupart des cas en chimie organique, mais demande quelques raffinements pour traiter les cas les plus complexes (aromaticité, conjugaison...).

[Milou6797]

Je vous remercie infiniment pour vos explications ! Normalement, j'ai tout compris à présent.