5.5 Hybridation et géométrie
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
NO 3
–
3
1
0 *
sp 2
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
CH 3
+
3
0
0
sp 2 , (sp 3 )
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
BF 3
3
0
0
sp 2 , (sp 3 )
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
* le(s) doublet(s) participe(nt) à la liaison.
** interaction des doublets non liants (cf. commentaire de l’exercice précédent).
CH 3
+ et BF 3 : l’absence de doublet non liant conduit à choisir le mode inférieur qui assure une
moindre répulsion des paires de liaison (angle de 120˚ au lieu de 109˚28’).
Vous avez remarqué que le mode d’hybridation est unique quelle que soit la formule
mésomère de Lewis respectant la règle de l’octet. Comme l’indique le commentaire en
fin d’exercice 5.1, les trois oxygènes de NO 3
– sont identiques, les distances expérimentales N-O sont toutes égales.
L’hybridation des orbitales atomiques peut non seulement rendre compte mais de plus
expliquer, par recouvrement de proche en proche des orbitales non hybridées portées
par les atomes liés, la délocalisation des électrons π sur l’ensemble de la molécule
[Cours 5.3.2]. Exemple : NO 3
– (cf. exercice 5.1)
Exercice 5.5
a) Quel est le nombre d’électrons du système π délocalisé pour SO 2 ?
b) Sachant que la délocalisation des électrons π favorise la stabilité, quelles
sont les géométries des molécules H–CO–CO–H (glyoxal) et C 4 H 6
(butadiène) ?
Solution
a) 4. Un électron « fourni » par chaque oxygène et deux électrons par le soufre.
b) Dans les deux molécules, les carbones et les oxygènes (2 liaisons σ, une liaison π) sont
hybridés en sp 2 . Pour les carbones, les formules de Lewis (cf. schéma) prévoient deux liaisons
doubles séparées par une simple. La géométrie de ces molécules est plane pour permettre le
recouvrement maximum entre les orbitales 2p z portées par chacun des atomes de carbone ou
d’oxygène. Les liaisons « simples » de la formule de Lewis présentent un caractère partiel de
liaison π. La libre rotation autour de ces liaisons « C–C » est rendue impossible. En conclusion,
les molécules sont planes, les angles de liaison sont voisins de 120˚.
I
I I
Il existe toutefois deux géométries possibles I et II pour H–CO–CO–H
Remarque : il n’y a qu’un mode d’hybridation quelle que soit la formule mésomère
(SO 2 , SO 3 , NO 3
– ).
C Ϫ C
O
H
H
O
ϭ
ϭ
Ϫ
Ϫ
C Ϫ C
H
O
H
O
Ϫ
ϭ
Ϫ
ϭ
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
NO 3
–
3
1
0 *
sp 2
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
CH 3
+
3
0
0
sp 2 , (sp 3 )
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
BF 3
3
0
0
sp 2 , (sp 3 )
plane triangulaire (α ϭ 120˚)
* le(s) doublet(s) participe(nt) à la liaison.
** interaction des doublets non liants (cf. commentaire de l’exercice précédent).
CH 3
+ et BF 3 : l’absence de doublet non liant conduit à choisir le mode inférieur qui assure une
moindre répulsion des paires de liaison (angle de 120˚ au lieu de 109˚28’).
Vous avez remarqué que le mode d’hybridation est unique quelle que soit la formule
mésomère de Lewis respectant la règle de l’octet. Comme l’indique le commentaire en
fin d’exercice 5.1, les trois oxygènes de NO 3
– sont identiques, les distances expérimentales N-O sont toutes égales.
L’hybridation des orbitales atomiques peut non seulement rendre compte mais de plus
expliquer, par recouvrement de proche en proche des orbitales non hybridées portées
par les atomes liés, la délocalisation des électrons π sur l’ensemble de la molécule
[Cours 5.3.2]. Exemple : NO 3
– (cf. exercice 5.1)
Exercice 5.5
a) Quel est le nombre d’électrons du système π délocalisé pour SO 2 ?
b) Sachant que la délocalisation des électrons π favorise la stabilité, quelles
sont les géométries des molécules H–CO–CO–H (glyoxal) et C 4 H 6
(butadiène) ?
Solution
a) 4. Un électron « fourni » par chaque oxygène et deux électrons par le soufre.
b) Dans les deux molécules, les carbones et les oxygènes (2 liaisons σ, une liaison π) sont
hybridés en sp 2 . Pour les carbones, les formules de Lewis (cf. schéma) prévoient deux liaisons
doubles séparées par une simple. La géométrie de ces molécules est plane pour permettre le
recouvrement maximum entre les orbitales 2p z portées par chacun des atomes de carbone ou
d’oxygène. Les liaisons « simples » de la formule de Lewis présentent un caractère partiel de
liaison π. La libre rotation autour de ces liaisons « C–C » est rendue impossible. En conclusion,
les molécules sont planes, les angles de liaison sont voisins de 120˚.
I
I I
Il existe toutefois deux géométries possibles I et II pour H–CO–CO–H
Remarque : il n’y a qu’un mode d’hybridation quelle que soit la formule mésomère
(SO 2 , SO 3 , NO 3
– ).
C Ϫ C
O
H
H
O
ϭ
ϭ
Ϫ
Ϫ
C Ϫ C
H
O
H
O
Ϫ
ϭ
Ϫ
ϭ