Lewis, géométrie et polarité | Physique-chimie Première

Ce que tu vas savoir faire

Compter les électrons de valence d’une molécule ou d’un ion.
Établir et contrôler un schéma de Lewis.
Attribuer des charges formelles simples et vérifier la charge globale.
Distinguer doublet non liant et lacune électronique.
Interpréter la géométrie d’une entité à partir de Lewis.
Comparer des électronégativités et polariser une liaison.
Distinguer charge formelle, charge ionique et charge partielle.
Déterminer la polarité moléculaire par géométrie et compensation des dipôles.

Vérifie tes prérequis

Lire le tableau périodique et identifier les électrons de valence des éléments usuels.
Connaitre le modèle de la liaison covalente et la stabilité duet-octet.
Lire un schéma de Lewis simple étudié en Seconde.
Distinguer molécule neutre, cation et anion.

Le chapitre en bref

La polarité d’une entité se justifie par une chaine complète. On compte d’abord les électrons de valence, en ajoutant un électron par charge négative et en en retirant un par charge positive, puis on construit un schéma de Lewis contrôlé. Les doublets autour de l’atome central donnent la géométrie tridimensionnelle. Les électronégativités orientent ensuite les charges partielles de chaque liaison. Enfin, on examine la somme des dipôles : dans CO₂ linéaire, les deux liaisons C=O se compensent et la molécule est apolaire ; dans H₂O coudée, les dipôles O–H ne se compensent pas et la molécule est polaire.

1. Combien d’électrons faut-il placer dans le schéma de Lewis ?

Additionne les électrons de valence apportés par chaque atome. Pour H₂O : $2×1+6=8$ électrons, soit quatre doublets. Pour CO₂ : $4+2×6=16$ électrons, soit huit doublets. Ce total doit être retrouvé dans le schéma final.

Corrige ensuite avec la charge globale : retire un électron pour une charge $+1$ et ajoute-en un pour une charge $−1$ . Ainsi NH₄⁺ possède $5+4×1−1=8$ électrons ; OH⁻ en possède $6+1+1=8$ . La charge modifie le bilan avant tout dessin.

Atomes → électrons de valence → charge → total

Combien d’électrons faut-il placer dans Lewis ?

H $2×1$ électronO $6$ électronsCharge $0$ Total $8$ électrons = 4 doublets

Le total appartient à toute l’entité ; il ne faut pas ajouter séparément un octet à chaque atome.

2. Comment construire et contrôler un schéma de Lewis ?

Choisis un squelette, place des liaisons simples puis distribue les électrons restants en doublets non liants. Si un atome central n’atteint pas l’octet, transforme au besoin un doublet voisin en liaison multiple. Dans CO₂, le schéma O=C=O donne un octet au carbone et à chaque oxygène.

Contrôle quatre éléments : nombre total d’électrons dessinés, duet des hydrogènes, octet des atomes usuels et charge globale. Une double liaison contient deux doublets liants mais constitue une seule direction géométrique autour de l’atome central.

Squelette → liaisons → doublets → contrôle

Le schéma de Lewis dépense-t-il exactement le bon nombre d’électrons ?

SqueletteH–O–HLiaisons2 doublets liantsSur O2 doublets non liantsContrôleduet H ; octet O

Les quatre doublets du bilan sont tous localisés et chaque hydrogène atteint un duet.

3. Comment représenter la charge d’un ion sans la confondre avec δ ?

Pour un ion polyatomique, place le schéma entre crochets et écris la charge globale. Les charges formelles attribuent les électrons du schéma à chaque atome ; leur somme doit retrouver la charge de l’ion. Dans NH₄⁺, l’azote porte quatre liaisons, aucun doublet libre et une charge formelle $+1$ .

Dans H₃O⁺, l’oxygène possède trois liaisons, un doublet non liant et une charge formelle $+1$ . Dans OH⁻, il possède une liaison, trois doublets libres et une charge formelle $−1$ . Ces entiers ne sont pas les charges partielles $δ^{+}$ et $δ^{−}$ d’une liaison polarisée.

Électrons apportés → environnement attribué → charge

Où la charge formelle est-elle portée ?

Lewis4 liaisons N–HN non liantaucun doubletCharge formelle N $+1$ Sommecharge de l’ion $+1$

Les crochets et la charge globale accompagnent le schéma de l’ion polyatomique.

4. Qu’est-ce qu’une lacune électronique ?

Un doublet non liant est occupé par deux électrons ; une lacune électronique représente au contraire un emplacement vacant dans l’environnement de valence. Le bilan d’électrons permet de décider si cet emplacement est rempli ou vide : il ne faut pas ajouter un doublet pour compléter automatiquement le dessin.

H⁺ ne possède aucun électron et peut accepter un doublet. Le doublet libre de NH₃ peut être mis en commun avec cette lacune pour former NH₄⁺, sans création d’électrons. Ce modèle distingue clairement donneur de doublet, accepteur et liaison obtenue.

Environnement → gaz noble visé → manque local

Une lacune électronique est-elle un doublet vide ou oublié ?

ÉlectronsaucunDuet visé2 électronsLacuneemplacement accepteurStatutpas un doublet non liant

H⁺ est électroniquement déficient et peut accepter un doublet fourni par une autre entité.

5. Comment passer du dessin de Lewis à la géométrie tridimensionnelle ?

Compte les directions électroniques autour de l’atome central : une liaison simple, double ou triple compte pour une direction ; chaque doublet non liant en occupe aussi une. Ces domaines se disposent en limitant leurs répulsions, puis la forme moléculaire est nommée d’après la position des atomes.

CO₂ possède deux directions autour de C et est linéaire. CH₄ en possède quatre liantes et est tétraédrique. NH₃ a trois directions liantes et un doublet libre : la forme est pyramidale. H₂O a deux liaisons et deux doublets libres : la forme est coudée. Un modèle moléculaire rend visibles ces différences que Lewis aplatit.

Lewis → domaines → doublets libres → forme moléculaire

Combien de directions électroniques entourent l’atome central ?

Autour de C2 domaines liantsDoublets libres C0ArrangementopposésFormelinéaire, $180°$

Chaque liaison double compte comme une seule direction autour du carbone.

6. Comment l’électronégativité polarise-t-elle une liaison ?

L’électronégativité exprime la capacité relative d’un atome engagé dans une liaison à attirer les électrons. Elle augmente globalement vers la droite d’une période et vers le haut d’une colonne, mais utilise les valeurs données pour une comparaison précise : il existe plusieurs échelles relatives.

Si $χ_{O} > χ_{H}$ , le doublet de O–H est davantage attiré vers O : l’oxygène porte $δ^{−}$ et l’hydrogène $δ^{+}$ . Pour H–H, $Δχ=0$ et la liaison est apolaire. Les symboles δ indiquent des charges partielles, non des ions entiers.

Position périodique → électronégativité → sens de polarisation

Quel atome attire davantage le doublet de liaison ?

Périodeaugmente globalement vers la droiteColonneaugmente globalement vers le hautCoinfluor très électronégatifPrudenceutiliser les valeurs données

La tendance aide à prévoir ; les données de l’énoncé tranchent la comparaison précise.

7. Pourquoi des liaisons polaires peuvent-elles former une molécule apolaire ?

Chaque liaison polaire constitue un dipôle orienté. La polarité de la molécule dépend de leur somme dans la géométrie réelle. Dans CO₂, les deux dipôles C=O ont même intensité et des directions opposées sur une ligne : ils se compensent, donc CO₂ est apolaire malgré ses liaisons polaires.

Dans H₂O, les deux dipôles O–H suivent une géométrie coudée et ne sont pas opposés : leur résultante est non nulle, donc H₂O est polaire. Dans CH₄, la symétrie tétraédrique compense les contributions identiques. Un dessin plan non orienté ne suffit pas à conclure.

Liaison → charges partielles → dipôle → géométrie

Une liaison polaire suffit-elle à rendre l’entité polaire ?

Atomesélectronégativités différentesRépartitionasymétriqueExtrémités $δ^{+}$ et $δ^{−}$ Momentdipôle de liaison

La polarité de liaison est une information locale orientée.

8. Quel raisonnement complet justifie polaire ou apolaire ?

Applique toujours quatre étapes : établir Lewis ; déduire la géométrie 3D ; orienter chaque liaison polaire avec les électronégativités ; tester la compensation. HCl est polaire avec une liaison unique ; CO₂ est apolaire par compensation ; NH₃ est polaire car sa forme pyramidale ne compense pas les trois dipôles N–H.

Sépare le verdict de ses conséquences. Ce chapitre établit la polarité de l’entité ; le suivant utilisera polarité, interactions et ponts hydrogène pour expliquer cohésion, solubilité, miscibilité et extraction. Ne conclus pas directement à une propriété macroscopique sans construire ces interactions.

Lewis → géométrie → liaisons polaires → somme vectorielle

Quel parcours justifie le verdict polaire ou apolaire ?

Lewisune liaisonGéométrielinéaire à deux atomesLiaisonpolarisée vers ClVerdictpolaire

Avec une seule liaison polaire, aucune compensation entre plusieurs directions n’est possible.

Erreurs fréquentes

L'essentiel à mémoriser

La charge corrige le budget d’électrons de valence.
Lewis se contrôle globalement et localement.
Charges formelles et partielles sont distinctes.
Une lacune est un emplacement vide.
Les doublets déterminent la géométrie 3D.
L’électronégativité oriente chaque liaison polaire.
La symétrie peut compenser des dipôles.
Le verdict moléculaire exige quatre étapes.

Vérifier sa compréhension

Réponds aux 8 questions. Ton score et les réponses justes ou fausses apparaissent immédiatement.

1. Combien d’électrons de valence faut-il placer pour NH₄⁺ ? 8 10 9

2. Quels contrôles valident un schéma de Lewis ? Total des électrons, duet-octet et charge globale Seulement la symétrie du dessin Uniquement la masse molaire

3. Que représente une lacune électronique ? Un emplacement vacant pouvant accepter un doublet Un doublet non liant déjà occupé Une liaison double

4. Quelle est la géométrie moléculaire de NH₃ ? Pyramidale Linéaire Carrée plane

5. Dans O–H, si χO > χH, quels signes porter ? O δ⁻ et H δ⁺ O δ⁺ et H δ⁻ Deux charges entières −1 et +1

6. Pourquoi CO₂ est-il apolaire malgré ses liaisons C=O polaires ? Sa géométrie linéaire compense les deux dipôles opposés Le carbone et l’oxygène ont la même électronégativité Une double liaison ne peut jamais être polaire

7. Pourquoi H₂O est-elle polaire ? Sa géométrie coudée empêche la compensation des dipôles O–H Elle possède une charge globale −2 Elle est dessinée en deux dimensions

8. Quel ordre de raisonnement est correct ? Lewis, géométrie, liaisons polaires, compensation Solubilité, masse, Lewis, couleur Électronégativité seule puis verdict

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