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5 • Liaison chimique – Géométrie des molécules – Moment dipolaire
Hybridation des orbitales atomiques
Un rappel succinct de la méthode à suivre (en se limitant aux cas des orbitales ns, np).
1) Déterminer la structure de Lewis respectant la règle de l’octet afin de connaître le
nombre de liaisons σ et π ainsi que celui des doublets non liants qui entourent l’atome
central.
2) Déterminer le(s) mode(s) d’hybridation des orbitales de l’atome central, sachant
que les électrons σ sont décrits par des orbitales hybrides et les électrons π par des
orbitales non hybridées (orbitales pures).
3) au cas ou plusieurs modes d’hybridation sont possibles, par exemple sp 2 ou sp 3 , et
s’il existe des doublets non liants, leur interaction répulsive est telle que le degré supérieur d’hybridation est à retenir
Exemple. Pour l’eau H 2 O, l’oxygène est entouré de 2 électrons σ , 0 électrons π et de
2 doublets non liants, d’où la nécessité d’au moins 2 orbitales hybrides. Les trois
modes d’hybridation sont à priori possibles. L’hybridation sp 3 représentera ces
doublets en moindre répulsion mutuelle (angle entre paires d’électrons de 109˚ au lieu
de 90˚). On choisit donc cette solution qui conduit à une symétrie tétraédrique de la
répartition spatiale des orbitales et à une géométrie en V de la molécule d’eau avec un
angle de liaison voisin de 109˚. En fait (cf. exercice précédent), la répulsion exercée
par les doublets non liants fait que l’angle HOH est inférieur à celui prévu par une
hybridation sp 3 totalement symétrique.
Exercice 5.4 Hybridation et géométrie
Déterminer la géométrie des espèces suivantes :
HCN COS CO 2 ClNO SF 2 COCl 2 NO 2 F NH 3 CH 3
– SO 2
SO 3 SO 4
2–
NO 3
– CH 3
+ BF 3
Solution en notant n σ , n π et nl le nombre de liaisons σ, de liaisons π, le nombre de doublets
non liants autour de l’atome central (α : angle de liaison).
n σ σ σ
σ
n π π π
π
nl
hybridation
géométrie
HCN
2
2
0
sp
linéaire
COS
2
2
0
sp
linéaire
CO 2
2
2
0
sp
linéaire
ClNO
2
1
1
(sp), sp 2
en V (α ~120˚)**
SF 2
2
0
2
(sp), (sp 2 ), sp 3
en V (α Ͻ 109˚)**
COCl 2
3
1
0
s p 2
plane triangulaire
NO 2 F
3
1
0*
sp 2
plane triangulaire
NH 3
3
0
1
(sp 2 ), sp 3
pyramidale (α Ͻ 109˚)**
CH 3
–
3
0
1
(sp 2 ), sp 3
pyramidale (α Ͻ 109˚)**
SO 2
2
1
1*
(sp), sp 2
en V (α Ͻ 120˚)**
SO 3
3
1
0 *
sp 2
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
SO 4
2–
4
0
0
s p 3
tétraédrique (α ϭ 109˚28’)
5 • Liaison chimique – Géométrie des molécules – Moment dipolaire
Hybridation des orbitales atomiques
Un rappel succinct de la méthode à suivre (en se limitant aux cas des orbitales ns, np).
1) Déterminer la structure de Lewis respectant la règle de l’octet afin de connaître le
nombre de liaisons σ et π ainsi que celui des doublets non liants qui entourent l’atome
central.
2) Déterminer le(s) mode(s) d’hybridation des orbitales de l’atome central, sachant
que les électrons σ sont décrits par des orbitales hybrides et les électrons π par des
orbitales non hybridées (orbitales pures).
3) au cas ou plusieurs modes d’hybridation sont possibles, par exemple sp 2 ou sp 3 , et
s’il existe des doublets non liants, leur interaction répulsive est telle que le degré supérieur d’hybridation est à retenir
Exemple. Pour l’eau H 2 O, l’oxygène est entouré de 2 électrons σ , 0 électrons π et de
2 doublets non liants, d’où la nécessité d’au moins 2 orbitales hybrides. Les trois
modes d’hybridation sont à priori possibles. L’hybridation sp 3 représentera ces
doublets en moindre répulsion mutuelle (angle entre paires d’électrons de 109˚ au lieu
de 90˚). On choisit donc cette solution qui conduit à une symétrie tétraédrique de la
répartition spatiale des orbitales et à une géométrie en V de la molécule d’eau avec un
angle de liaison voisin de 109˚. En fait (cf. exercice précédent), la répulsion exercée
par les doublets non liants fait que l’angle HOH est inférieur à celui prévu par une
hybridation sp 3 totalement symétrique.
Exercice 5.4 Hybridation et géométrie
Déterminer la géométrie des espèces suivantes :
HCN COS CO 2 ClNO SF 2 COCl 2 NO 2 F NH 3 CH 3
– SO 2
SO 3 SO 4
2–
NO 3
– CH 3
+ BF 3
Solution en notant n σ , n π et nl le nombre de liaisons σ, de liaisons π, le nombre de doublets
non liants autour de l’atome central (α : angle de liaison).
n σ σ σ
σ
n π π π
π
nl
hybridation
géométrie
HCN
2
2
0
sp
linéaire
COS
2
2
0
sp
linéaire
CO 2
2
2
0
sp
linéaire
ClNO
2
1
1
(sp), sp 2
en V (α ~120˚)**
SF 2
2
0
2
(sp), (sp 2 ), sp 3
en V (α Ͻ 109˚)**
COCl 2
3
1
0
s p 2
plane triangulaire
NO 2 F
3
1
0*
sp 2
plane triangulaire
NH 3
3
0
1
(sp 2 ), sp 3
pyramidale (α Ͻ 109˚)**
CH 3
–
3
0
1
(sp 2 ), sp 3
pyramidale (α Ͻ 109˚)**
SO 2
2
1
1*
(sp), sp 2
en V (α Ͻ 120˚)**
SO 3
3
1
0 *
sp 2
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
SO 4
2–
4
0
0
s p 3
tétraédrique (α ϭ 109˚28’)