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Lacune électronique du borane



  1. #1
    chouettedelaPC

    Red face Lacune électronique du borane

    Bonjour,

    J'essaie de comprendre le phénomène de l'hydroboration en chimie organique mais je coince dès la première étape.
    Dans mon cours, on part du constat que le borane possède une lacune électronique.

    J'ai beau tourner les cases quantiques du bore dans tous les sens (si j'ose dire), reprendre les règles de valence, etc... Je ne comprends pas comment le borane peut posséder une lacune électronique.
    Pour se rapprocher du gaz rare le plus proche (l'hélium), le bore doit créer 3 liaisons. Il réagit donc avec trois éléments, ici l'hydrogène pour donner du borane.
    Du coup, le borane m'apparaît stable et aussi neutre ! Comment peut-il avoir une "lacune électronique" ou bien une "orbitale p vide" comme il est dit dans mon cours.

    Quelqu'un peut-il m'éclairer ?

    Merci d'avance

    -----


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  3. #2
    Resartus

    Re : Lacune électronique du borane

    Bonjour,
    Si on reste dans le cadre du modèle de valence, on peut considérer que le bore peut avoir envie de rejoindre soit l'état électronique de l'hélium, soit celui du néon. Dans ce dernier cas, il lui manque 5 électrons, et dans BH3, il lui en manque encore 2. C'est un acide de lewis (si vous avez déjà vu cette notion). En termes d'orbitales atomiques, on peut aussi dire qu'il y a une hybridation de type sp2 pour les trois liaisons H, et qu'il lui reste une orbitale p vide perpendiculaire disponible pour accueillir un doublet complet venant d'un autre atome.

    A ce stade de vos études, vous pouvez en rester là, mais vous verrez plus tard que cette définition de lewis pour acides et bases recouvre un principe très général, et que les orbitales vacantes les plus proches en énergie des orbitales remplies jouent un rôle aussi important, et symétrique de celui que jouent les électrons de la dernière couche remplie.

    Il y a plus bizarre avec le bore, c'est qu'il est capable de faire dans les boranes des liaisons dans lesquelles 2 électrons seulement sont partagés entre 3 atomes, ce que seuls des modèles quantiques beaucoup plus sophistiqués sont capables de retrouver.
    C'est pour cela qu'il faut utiliser BH3 dans un solvant comme l'éther ou le THF qui empêchent cela, car sinon, il se dimériserait immédiatement en B2H6 en adoptant ce type de liaison à 3 centres et 2 électrons.
    Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast

  4. #3
    chouettedelaPC

    Re : Lacune électronique du borane

    Bonjour et merci pour votre réponse qui m'éclaircit un peu les choses.

    Je comprends le fait de pouvoir tenir compte de l'hélium ou du néon mais j'ai l'impression que c'est une explication un peu incomplète que l'on nous donne lorsque l'on est en licence ou au lycée. Comment savoir si on considère qu'un atome va "aller dans un sens ou dans l'autre" au final ?
    L'hybridation sp2 me parle déjà plus ^^

    J'avoue être un peu obstinée et de fait je n'arrive pas vraiment à me satisfaire du fait d'apprendre par coeur une notion et de me consoler en me disant que je comprendrai plus tard...

    Auriez-vous des contenus, liens internet, vidéos à me conseiller pour aller plus loin dans la compréhension de ce phénomène ?
    J'entame juste la chimie organique et j'ai un grand besoin de comprendre la logique des réactions sinon j'ai bien peur de décrocher très vite

    Merci encore

  5. #4
    Rachel.D

    Re : Lacune électronique du borane

    Bonjour,

    Je n'ai pas de lien à donner :/ mais je pense que la réponse est dans les bases:
    Un acide de Lewis correspond à une case quantique restée vide sur un atome, qui lui donne des propriétés électrophiles.

    Le Bore a 5 électrons : 1s2 2s2 2p1 et quand on remplit les cases quantiques avec les électrons de 3 hydrogènes, il reste toujours une case quantique complètement vide.
    L'Aluminium a 13 électrons : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 et c'est la même chose il fait 3 liaisons simples et reste une case quantique.

    Rachel

  6. #5
    Resartus

    Re : Lacune électronique du borane

    Bonjour,
    Savoir dans quel sens aura lieu la réaction la plus probable est généralement un rapport de force qu'on peut alors quantifier par des nombres comme l'electronégativité, ou le pka pour acide/base ou le potentiel redox.
    Mais même des réactions peu probables ne sont pas impossibles et si on s'y prend bien (température, concentration des produits, distillation/cristallisation fractionné, création de précipités,etc), on peut favoriser ces réactions-là. C'est tout cela qui fait que la chimie ressemble souvent à de la "cuisine".

    Le principe général sous-jacent auquel je faisais allusion est cette notion d'orbitales frontières (HOMO :Higher Occupied Molecular Orbital) et LUMO
    (Lower Unoccupied Molécular Orbital). On les voit parfois traduites en français HO haute occupée et BV basse vacante.
    Les positions relatives en énergie des HOMO/LUMO de chacun des réactifs présents permettent de prédire dans quel sens les réactions seront les plus probables, et la forme exacte des orbitales fournit aussi les points d'attaque privilégiés
    Le préalable pour apprendre cette théorie est de savoir ce que sont ces orbitales moléculaires, et une première étape est d'essayer de les construire dans le modèle LCAO (linear combination of Atomic Orbitals)
    on commence par étudier les molécules diatomiques simples genre H2, N2, O2, puis celles comme CO, NO, HF, ensuite des molécules comme l'eau ou l'ammoniac, et les molécules aromatiques ou les molécules avec conjugaison comme le butadiene, Il y a aussi des modèles spécifiques pour les complexes des métaux de transition (théorie du champ cristallin, du champ des ligands).

    Vous pouvez essayer avec ces mots-clés. Mais je crains que ce ne soit très largement prématuré

    En outre, pour vraiment commencer à utiliser cela comme outil de prédiction en chimie, il faut s'appuyer sur des programmes de calcul numérique (de chimie quantique), pour calculer et dessiner les HOMO/LUMO pour des molécules complexes (parfois il faut aussi connaitre les précédentes ou suivantes HOMO-n ou LUMO+n) de sorte que c'est un peu un marteau pilon pour les cas les plus simples et cela ne marche même pas à coup sûr dans les cas compliqués. En particulier, les molécules avec du bore, du lithium ou des métaux de transition sont extrêmement difficiles à modéliser, et c'est justement là qu'est la chimie intéressante.

    En résumé, il faut rester pragmatique, et apprendre des modèles et règles empiriques, en commençant par les plus simples et en raffinant au fur et à mesure qu'on étudie des choses que le modèle précédent n'explique pas. Il y a forcément des parties à apprendre par coeur (mais moins quand même qu'en médecine ou en biologie), avant de commencer à développer son intuition...
    Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    chouettedelaPC

    Re : Lacune électronique du borane

    Merci Resartus pour toutes ces précisions. Je vais gratter (gentillement) du côté des HOMO et LUMO et promis je vais tenter d'être patiente ^^

    Rachel, je comprends tout à fait ton explication, merci.
    Je crois que je confonds un peu valence et remplissage des couches externes... J'ai tendance à faire le raccourci suivante : Valence 3, on a 3 liaisons donc c'est stable et peu réactif ! Mais c'est plus compliqué que ça...

    En fait, si j'essaie de faire une synthèse de vos réponses, la valence donne le nombre maximum de liaisons mais même si un atome atteint son maximum de valence, cela ne l'empêche pas d'avoir une lacune électronique ou un surplus d'électrons. Par contre, le bore est un peu une exception dans le sens il peut comporter 4 liaisons mais c'est en fait un partage de deux électrons sur 3 centres et cela ne veut pas dire que ça valence soit de 4.

    J'espère avoir compris cette fois

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  10. #7
    Kemiste

    Re : Lacune électronique du borane

    Bonjour.

    Citation Envoyé par chouettedelaPC Voir le message
    Par contre, le bore est un peu une exception dans le sens il peut comporter 4 liaisons mais c'est en fait un partage de deux électrons sur 3 centres et cela ne veut pas dire que ça valence soit de 4.
    C'est le cas pour le diborane mais le bore peut former 4 liaisons. Il portera alors une charge négative.

  11. #8
    chouettedelaPC

    Re : Lacune électronique du borane

    Mais alors, où s'arrête la valence d'un atome au juste ?
    Est-ce que le bore peut aller jusqu'à 5 liaisons pour remplir sa couche externe ? Peut-il en avoir plus ?

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