I- Détermination de la polarisation d’une molécule.

1)- Électronégativité d’un élément chimique.

-  Physique N° 06 Cohésion de la matière à l'état solide (Cours 1 S)

 

-  Caractère dipolaire d'une molécule.

-  L’électronégativité d’un élément traduit la tendance d’un atome A de cet élément à attirer le doublet d’électrons d’une liaison covalent qu’il forme avec un autre atome B.

-  Plus un élément est électronégatif, plus il attire à lui le doublet d’électrons de la liaison covalent.

-  L’électronégativité varie selon la place de l’élément dans la classification périodique, ceci à l’exception des gaz nobles.

-  Cette propriété est liée à la règle du duet et de l’octet.

-  Il existe plusieurs échelles d’électronégativité.

-  On utilise le plus souvent l’échelle d’électronégativité de Pauling.

-  Sur une même ligne, l’électronégativité augmente de gauche à droite.

-  Dans une même colonne, elle augmente de bas en haut.

 

 

-  Remarque :

-  Les alcalins (Li, Na, K, …) ont tendance à perdre des électrons, alors que les halogènes (F, Cl, Br, …) ont tendance à gagner des électrons.

-  Ainsi, ils peuvent acquérir la structure des gaz nobles.

2)- Polarisation d’une liaison.

a)-   Apparition de charges partielles :

►   Exemple : La molécule de chlorure d’hydrogène.

-  Le chlorure d’hydrogène est constitué de molécules HCl dans lesquelles l’atome d’hydrogène est lié à l’atome de chlore par une liaison covalente.

-  Le chlore est beaucoup plus électronégatif que l’hydrogène.

-  Il attire vers lui le doublet de liaison : On dit que la liaison H – Cl est polarisée.

-  Cette polarisation fait apparaître :

-  Un excédent de charge positive, noté + q = 2,8 x 10^–20 C, sur l’atome d’hydrogène.

-  Un excédent de charge négative, noté – q = – 2,8 x 10^–20 C, sur l’atome de chlore.

-  La charge q est inférieure à la charge élémentaire e = 1,6 x 10^–19 C

-  q représente une charge partielle.

-   

-  La polarisation de la liaison peut être décrite par la donnée des charges partielles :

-  On écrit : q = δ . e

-  La charge δ . e est portée par l’atome le moins électronégatif et est notée :

-  La charge – δ . e est portée par l’atome le plus électronégatif et est notée :

-  Représentation :

 -  Généralisation :

- L’électronégativité χ d’un atome traduit sa capacité à attirer le doublet d’électrons d’une liaison covalente dans laquelle il est engagé. - Une liaison A – B est polarisée si χA – χB ≥ 0,4 -  Si cette condition est vérifiée : - Alors, il apparaît une charge partielle négative  sur l’atome A et une charge partielle positive sur l’atome B.

-   Représentation :

b)-  Dipôle électrique :

-  La molécule de chlorure d’hydrogène a un caractère dipolaire : elle constitue un dipôle électrique.

-  Elle peut être représentée par un dipôle portant les charges – q et + q

-  Un dipôle électrique est l’ensemble constitué par 2 charges électriques opposées – q et + q séparées par la distance d.

-  Un dipôle électrique possède un moment dipolaire , colinéaire à la liaison et orienté du pôle – vers le pôle + du dipôle.

-  Le moment dipolaire s’exprime en debye symbole D :

-  Exemple pour la molécule de chlorure d’hydrogène : p (H – Cl) = 1,1 D.

c)-   Conclusion :

-  Une liaison covalente est polarisée lorsque les deux atomes liés ont des électronégativités différentes.

-  La détermination de la polarisation d’une liaison A – B se fait en attribuant à l’atome le plus électronégatif une charge partielle négative et à l’atome le moins électronégatif une charge partielle positive .

-  Plus la différence d’électronégativité est importante entre les atomes liés, plus la liaison est polarisée et plus les charges partielles portées par les atomes sont élevées.

d)-  Cas de la liaison C – H.

-  Les électronégativités des atomes de carbone C (2,5) et d’hydrogène H (2,2) sont assez voisines.

-  En chimie organique, on considère que la liaison C – H est non polarisée.

e)-   Exemples de liaisons polarisées :

 

 

 

 

II- Identifier un site donneur ou accepteur de doublet d’électrons.

1)- Site donneur de doublet d’électrons.

a)-   L’ion hydroxyde : HO^–.

-  L’atome d’oxygène

-  Possède trois doublets non liants et un doublet liant (il respecte la règle de l’octet).

-  Porte une charge électrique négative.

-  Est un site riche en électrons.

b)-  La molécule d’eau : Chimie N° 03 Des Atomes aux molécules (Cours 1 S)

-  L’atome d’hydrogène respecte la règle du DUET (un doublet liant).

-  L’atome d’oxygène respecte la règle de l’OCTET (deux doublets liants et deux doublets non liants).

-  L’atome d’oxygène est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène.

-  Les deux liaisons H – O sont polarisées.

-  Chaque atome d’hydrogène porte une charge partielle positive  et l’atome d’oxygène porte une charge partielle négative 2

-  Conclusion :

-  L’atome d’oxygène constitue un site riche en électrons : c’est un site donneur de doublet d’électrons.

c)-   Cas de l’éthène :

-  Dans l’éthène (ou éthylène), H₂C = CH₂, la double liaison C = C est un site riche en électrons.

-  C’est aussi un site donneur de doublet d’électrons.

d)-  Généralisation :

-  Dans un édifice, un atome porteur de doublet(s) non liant(s) ou porteur d’une charge électrique négative constitue un site donneur de doublet d’électrons.

-  Une liaison multiple constitue aussi un site donneur de doublet d’électrons.

2)- Site accepteur de doublet d’électrons.

a)-   L’ion hydrogène H⁺.

-  L’ion hydrogène provient d’un atome d’hydrogène ayant perdu un électron.

-  L’ion hydrogène H⁺ ne possède pas d’électron et porte une charge électrique positive.

-  C’est un site accepteur de doublet d’électrons.

b)-  La molécule de chlorométhane :

-  L’atome de carbone et l’atome de chlore vérifient la règle de l’octet.

-  L’atome de chlore est plus électronégatif que l’atome de carbone.

-  La liaison C – Cl est polarisée.

-  L’atome de carbone porte une charge partielle positive  et l’atome de chlore porte une charge partielle négative .

-  Les liaisons C – H sont considérées comme non polarisées.

-  L’atome de carbone est appauvri en électrons et constitue un site accepteur de doublet d’électrons, alors que l’atome de chlore est un site donneur de doublet d’électrons.

c)-   Généralisation :

-  Dans un édifice, un atome porteur de charge électrique positive élémentaire (atome appauvri en électrons) constitue un site accepteur de doublet d’électrons.

III- Interactions entre site donneur et accepteur d’électrons.

1)- Mécanisme d’une réaction chimique.

-  À l’échelle microscopique, le passage des réactifs aux produits peut nécessiter plusieurs réactions ou étapes.

-  Ces étapes constituent le mécanisme réactionnel.

-  L’étude de l’interaction entre sites donneur et accepteur de doublet d’électrons permet d’interpréter les étapes d’un mécanisme réactionnel.

2)- Étude de quelques réactions.

a)-   Alkylation des amines.

►   Réaction entre la N,N-diéthyléthanamine et le chlorométhane.

-  La N,N- diéthyléthanamine :

-  L’atome d’azote de l’amine possède un doublet non liant.

-  Il constitue un site donneur de doublet d’électrons.

-  Le chlorométhane :

-  L’atome de carbone C est appauvri en électrons et constitue un site accepteur de doublet d’électrons, alors que l’atome de chlore Cl est un site donneur de doublet d’électrons.

►   Réaction chimique :

►   Mécanisme réactionnel :

-  La réaction résulte de l’interaction entre le site donneur de doublet d’électrons et le site accepteur de doublet d’électrons.

 

-  Elle permet d’expliquer la formation de la nouvelle liaison C – N dans le cation obtenu.

-  La formation de cette liaison C – N entraîne automatiquement la rupture de la liaison C – Cl afin que l’atome de carbone respecte la règle de l’OCTET.

-  Il se forme alors l’ion chlorure Cl ^–.

b)-  Saponification des esters.

-  La réaction de saponification résulte de l’action de l’ion hydroxyde HO^– sur un ester.

-  Elle conduit à la formation d’un alcool est d’un ion carboxylate, base conjuguée d’un acide carboxylique.

-  Exemple : saponification de l’éthanoate d’éthyle

►   Réaction chimique :

	+ HO–	→		+ CH3 – CH2 – OH
Éthanoate d’éthyle	Ion hydroxyde		Ion éthanoate	éthanol

►   Mécanisme réactionnel :

-  Le mécanisme de cette réaction comporte plusieurs étapes.

Première étape :
Deuxième étape :
Troisième étape :
	Réaction acido-basique

-  Remarques :

-  L’ion hydroxyde HO^–, porteur de 3 doublets d’électrons non liants, est un site donneur de doublet d’électrons.

-  L’atome de carbone C du groupe ester porte une charge partielle positive car il est lié à deux atomes d’oxygène plus électronégatifs que lui.

-  C’est un site accepteur de doublet d’électrons.

►   Étude de la première étape :

-  La flèche courbe bleue orientée d’un des doublets non liants de l’ion hydroxyde vers l’atome de carbone C du groupe ester représente le mouvement du doublet correspondant à la formation de la liaison C – O.

-  Comme cet atome de carbone doit respecter la règle de l’OCTET, la formation de la liaison C – O entraîne le basculement de l’un des doublets de la liaison C = O vers l’atome d’oxygène.

-  Ce mouvement est représenté par la flèche courbe rouge.

-  Le carbone C du groupe ester passe d’une structure trigonale à une structure tétragonale.

►  Étude de la deuxième étape :

-  La flèche courbe bleue orientée d’un des doublets non liants de l’atome d’oxygène O (qui porte la charge négative) vers l’atome de carbone C du groupe ester représente le mouvement du doublet correspondant à la formation de la double liaison C = O.

-  Comme cet atome de carbone C doit respecter la règle de l’OCTET, la formation de la double liaison C = O entraîne le basculement du doublet de la liaison C – O vers l’atome d’oxygène (lié au groupe éthyle).

-  Ce mouvement est représenté par la flèche courbe rouge.

-  Le carbone C (du groupe ester) passe d’une structure tétragonale à une structure trigonale.

►   Étude de la troisième étape :

-  Il s’agit d’un échange de proton entre la molécule d’acide éthanoïque et l’ion éthanolate (base).

-  On obtient un ion carboxylate (ion éthanoate) et un alcool (éthanol).

c)-   Généralisation :

-  Lors d’une transformation, l’ensemble des réactions qui se produisent au niveau microscopique constitue le mécanisme réactionnel.

-  Chacune de ces réactions est une étape du mécanisme réactionnel et résulte de l’interaction entre site donneur et site accepteur de doublet d’électrons.

-  Le mouvement de ce doublet d’électrons peut être représenté par une flèche courbe, reliant le site donneur au site accepteur de doublet d’électrons.

-  Ces flèches courbes permettent d’expliquer la formation ou la rupture des liaisons au cours de ces réactions.

d)-  Synthèse de l’aspirine.

►   Réaction chimique :

-  Équation de la réaction de synthèse de l’aspirine :

	+		→		+
Acide salicylique		Anhydride éthanoïque		Aspirine		Acide éthanoïque

►   Mécanisme réactionnel :

-  Dans ce qui suit, on ne fait apparaître que les sites donneur et accepteur de doublet d’électrons qui participent à la réaction.

-  Le mécanisme de cette réaction comporte plusieurs étapes.

-  Première étape :

 

-  Deuxième étape : dissociation.

 

-  Troisième étape : réaction acido-basique.

 

IV- Applications.

1)- QCM :

QCM sous forme de tableau.

QCM réalisé avec le logiciel

Questy pour s'auto-évaluer.

2)- Exercices :   Exercices :  énoncé avec correction.

a)-   Exercice 6 page 313 : Déterminer la polarisation d’une liaison.

b)-  Exercice 10 page 313 : Localiser des sites donneurs ou accepteurs.

c)-   Exercice 12 page 314 : Représenter le mouvement des doublets d’électrons.

d)-  Exercice 15 page 315 : Test à la DNPH.

e)-   Exercice 18 page 315 – 316 : Hydratation de hex-1-ène.

f)-   Exercice 20 page 317 : Synthèse de l’éthanamide.

g)-  Exercice 22 page 318 : Synthèse d’un arôme.

h)-  Exercice 23 page 319 : Réduction du benzile.