[Chimie organique] Besoin de clarifications

[invited4015aff]

Bonsoir,
Je me tourne vers vous ce soir parce que j'ai du mal à comprendre une partie de mon cours.
Notamment le cours sur la structure atomique et les interactions moléculaires.
J'ai bien compris que si on évoque le modèle de Lewis, un électron gravite autour du noyau selon des orbitales bien définies en fonction de son énergie. Il est donc caractérisé par 4 nombres quantiques : n (couche), l (la sous-couche), m (sens de rotation ..), s (le spin). Chaque couche n correspond à un niveau certain niveau d'énergie. Cependant, le modèle de Lewis ne nous informe pas sur la géométrie de la molécule, ni sur les liaisons Sigma et Pi. On fait donc référence au modèle ondulatoire. Et c'est là que je coince.

Pour une liaison covalente : Selon le modèle de Lewis, on a une mise en commun d'un ou plusieurs doublets d'électrons. (Liaison covalente pure) On me parle également de liaison dative et liaison multiple, je comprends bien. Mais la partie se termine avec cette phrase : la configuration électronique dans l'état fondamental ne permet pas d'expliquer la formation des molécules. C'est ce que je n'arrive pas à assimiler. Les électrons de valences correspondent aux électrons sur la couche externe qui vont former des liaisons. Le modèle aléatoire est alors introduit : mise en commun d'un doublet d'électron par recouvrement. (Formation d'une orbitale moléculaire) Sauf que je ne comprends pas bien la différence entre une liaison Sigma et une liaison Pi.

Ensuite, on en arrive à l'atome de carbone qui peut présenter 3 états d'hybridation différents (sp1, sp2, sp3) qui correspondent chacun à une réorganisation des orbitales atomiques.

Par exemple, pour sp3, on obtient 4 liaisons Sigma pour la molécule CH4. (structure tétraédrique)

Pour sp2 : Si on prend pour exemple l'éthène, on obtient l'électron sur l'orbitale 2pz qui va former une liaison Pi alors que les 3 autres sur la couche externe vont former une liaison Sigma. Est-ce correct ?

Pour sp3 : Si on prend pour exemple l'éthyne, on va obtenir deux liaisons Sigma et deux liaisons Pi (2py et 2pz). Est-ce correct ?

Je vais m'arrêter là en attendant une réponse du plus courageux d'entre vous. (Je sais que je pose beaucoup de questions, veuillez m'en excuser )

Je poserai ensuite des questions sur la mésomérie si vous le voulez bien.

Merci d'avance !
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[moco]

Je vais prendre tes questions dans l'ordre.
Ta première question apparaît quand tu dis repas comprendre la phrase suivante, que je copie en italique :
la configuration électronique dans l'état fondamental ne permet pas d'expliquer la formation des molécules.
Prends le cas de l'atome de carbone. Il possède deux électrons 2s et 2 électrons 2p dans l'état fondamental. Les deux électrons 2p ont une orientation dans l'espace telle que leurs axes de symétrie font entre eux un angle de 90°. Ce n'est pas l'angle que font entre elles les liaisons CH dans CH4. Donc le orbitales 2p ne permettent pas de faire la molécule CH4. Si on veut expliquer la formation des 4 liaisons tétraédriques de CH4, il faut légèrement exciter un électron 2s et le promouvoir au niveau 2p, puis hybrider les 4 orbitales atomiques ainsi obtenues à savoir une 2s et trois 2p.

Venons-en à ta 2ème question : je ne comprends pas bien la différence entre une liaison Sigma et une liaison Pi.
Aïe ! Evidemment c'est là un point essentiel. Tout d'abord disons que les mots sigma et pi sont l'équivalent grec des lettres latines s et p. Il y a une analogie au niveau des symétries entre les orbitales atomiques de type s et les orbitales moléculaires de type sigma. Ni s ni sigma ont un plan de symétrie nodal, donc un plan où la fonction d'onde s'annule. En tout point de l'espace, la fonction d'onde de l'orbitale s prend une valeur positive. Toutes les deux ressemblent un peu à une boule, parfois un peu déformée pour la sigma.
De même il y a une analogie au niveau des symétries entre les orbitales atomique se type p et les orbitales moléculaires de type pi. Toutes les deux ont un plan de symétrie où la fonction d'onde s'annule. Les deux fonctions ressemblent un peu au chiffre 8. Attention, la fonction d'onde d'une orbitale p est positive d'un côté du plan (horizontal pour 8) et négative de l'autre côté.

Quand tu approches deux atomes porteurs d'une orbitale atomique de type s, comme H ou Li ou Na, les fonctions d'onde s'ajoutent en tout point, et comme elles sont partout positives, la somme en tout point est positive. Tu obtiens une liaison sigma.

Quand tu approches deux atomes dont l'un A est porteur d'une orbite atomique de type s et l'autre B porte une orbitale atomique de type p, tu peux faire une liaison sigma si l'axe de l'orbitale p est dirigé vers A, donc si A et B sont sur une droite horizontale et que l'orbitale p ressemble plus à ∞ qu'à 8. En effet dans l'espace entre A et B la somme des deux fonctions d'onde s et p est partout positive. Et tu ne gagnes rien à approcher une orbitale p de manière perpendiculaire à l'axe AB. Rappelle-toi aussi que plus la zone où peut s'étendre l'électron est vaste, plus la liaison est forte.

Quand tu approches deux atomes A et B tous deux porteurs d'une orbitale p, cela se complique, car il y a plusieurs façons de procéder. Admettons que l'axe d'approche AB soit horizontal. Si tu choisis de faire approcher deux orbitales p ressemblant à deux caractères ∞, il y a deux possibilités. 1) Soit le signe plus est dans le bulbe de droite des deux caractères ∞. Et alors il y a un plan entre A et B où l'addition des deux fonctions d'onde est nulle. Cela ne conduit pas à une liaison. 2) Soit les deux caractères ∞ ont tous deux le même signe entre A et B. Dans ce cas, l'addition des deux fonctions donnent un résultat qui est toujours positif à tout point de l'espace entre A et B (et il est négatif à gauche de A et à droite de B). cel conduit à une liaison de type sigma, car la zone entre A et B ressemble un peu à une boule.
Mais il y a d'autres possibilités d'approches.
Si tu prends deux 8 et que tu les approches pour former 88, avec le signe plus dans le lobe du haut pour les deux 8, on observe une nouveauté. Toute la zone située au-dessus de l'axe AB est formée de points où les deux fonctions d'onde atomiques s'additionnent, et sont donc toujours positives partout. De même, toute la zone situées sous l'axe AB est formée de points où les fonctions d'onde s'ajoutent et donnent un résultat négatif. L'orbitale moléculaire formée est de type 88, et a la même symétrie plane que l'orbitale atomique p. On l'appelle donc pi. Et cela forme une liaison pi entre A et B. Qui est un peu plus faible que les sigmas déjà examinées.

Tu m'as suivi ?

[invited4015aff]

Bonjour,

Tout d'abord, je voulais te remercier pour toutes ces explications on ne peut plus claires. Ce schéma résume-t-il bien tes propos ? : xxxxxx

Par ailleurs, je voudrais passer à la suite du cours : la polarité des liaisons. Donc pour une molécule diatomique, on a soit une liaison homonucléaire (molécule A-A) ou hétéronucléaire (molécule A-B). Dans ce dernier cas, on a formation d'un dipôle dû à la différence d’électronégativité des deux atomes et caractérisé par son moment dipolaire μ = qd = charge partielle x distance entre les deux atomes (en Debye), vecteur orienté du - vers le +. J'ai bien compris.Là où ça coince, c'est quand on évoque les deux phénomènes : effet inductif et effet mésomère.Concernant l'effet inductif, cela implique que des atomes + ou - électronégatifs vont attirer (effet inductif attracteur) ou repousser (effet inductif (donneur) un doublet d'électrons (lequel ?). Est-ce que cela concerne seulement les halogènes ? Pourriez-vous me donner un exemple ?

Concernant, l'effet mésomère, je suis très confus. Je sais que les alcools, les amines, halogènes et alcènes sont des des groupes mésomères donneurs tandis que les aldéhydes, cétones, acides carboxyliques sont des groupes accepteurs. Mais je n'arrive pas à établir une définition concrète de la mésomérie. Même si je conçois que l'effet mésomère prévaut sur l'effet inductif car il s'agit d'un déplacement "réel" d'électrons.

Merci d'avance !

Merci d'insérer les images en pièce jointe

[invited4015aff]

Pièce jointe 295201

Voici l'image en pièce jointe. (Je ne parviens pas à modifier mon post précédent)

Veuillez m'excuser.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited4015aff]

Je up ce topic.

J'aurais vraiment besoin de quelques explications sur l'effet mésomère.

Merci encore !