Dipôles

Définition du dipôle en chimie

Les dipôles se produisent lorsque les électrons sont partagés de façon inégale entre les atomes d'une même molécule en raison d'une grande différence dans l'électronégativité des atomes concernés.

Détermination et formation d'un dipôle

La formation d'un dipôle dépend de la polarité d'une liaison, qui est déterminée par la différence d'électronégativité entre les deux atomes impliqués dans la liaison.

Types de liaisons

Les trois types de liaisons que tu dois connaître sont les liaisons covalentes non polaires, les liaisons covalentes polaires et les liaisons ioniques.

Dans les liaisons covalentes non polaires, les électrons sont également partagés entre les atomes. Dans les liaisons covalentes polaires, les électrons sont partagés de façon inégale entre les atomes. Dans les liaisons ioniques, les électrons sont transférés.

• Dans les liaisons ioniques, il n'y a pas de dipôles.
• Dans les liaisons covalentes polaires, les dipôles sont toujours présents.
• Les liaisons covalentes non polaires ont des dipôles, mais ils s'annulent en raison de la symétrie.

Prévoir la polarité des liaisons

Pour déterminer si une liaison est covalente non polaire, covalente polaire ou ionique, nous devons examiner les valeurs d'électronégativité des atomes impliqués et calculer la différence entre elles.

• Si la différence d'électronégativité est inférieure à 0,4 → liaison covalente non polaire.
• Si la différence d'électronégativité est comprise entre 0,4 et 1,7 → liaison covalente polaire.
• Si la différence d'électronégativité est supérieure à 1,7 → liaison ionique.

Les valeurs d'électronégativité sont données par l'échelle d'électronégativité de Pauling. Dans le tableau périodique ci-dessous, nous pouvons voir les valeurs d'électronégativité pour chaque élément. Remarque la tendance ici : l'électronégativité augmente de gauche à droite et diminue en descendant d'un groupe.

_{Fig.1-Tableau périodique montrant l'échelle d'électronégativité de Pauling}

Voyons un exemple !

Moment dipolaire en chimie

Pour mesurer la séparation des charges dans une molécule, nous utilisons le moment dipolaire .Les moments dipolaires sont présents dans les molécules polaires qui ont des formes asymétriques car, dans les formes asymétriques, les dipôles ne s'annulent pas .

Pour montrer le moment dipolaire, on utilise des flèches qui pointent vers l'élément le plus électronégatif. Par exemple, dans la figure ci-dessous, on peut voir une molécule de HCl et une molécule de _SO3 .

• Dans le HCl, le chlore a une valeur d'électronégativité plus élevée que l'hydrogène. Le chlore aura donc une charge négative partielle et l'hydrogène une charge positive partielle. Comme le chlore est plus électronégatif, la flèche dipolaire pointera vers le chlore.
• Dans le _SO3, l'atome d'oxygène a une valeur d'électronégativité supérieure à celle des atomes de soufre. Ainsi, l'atome de soufre aura une charge positive partielle et les atomes d'oxygène une charge négative partielle. Dans cette molécule, la symétrie fait que les dipôles s'annulent. Ainsi, SO3 n'_a pas de moment dipolaire.

Le moment dipolaire d'une liaison peut être calculé à l'aide de l'équation suivante : $\mu =Q*\overrightarrow{r}$ où $Q$ est la magnitude des charges partielles δ+ ^{et δ-} , et $r$ est le vecteur de distance entre les deux charges. Tu peux considérer le vecteur distance comme une flèche pointant vers l'élément le plus électronégatif à partir de l'élément le moins électronégatif. Le moment dipolaire est mesuré en unités Debye (D). Plus le moment dipolaire de la liaison est important, plus la liaison est polaire.

Lemoment dipolaire d'une molécule est la somme des moments dipolaires des liaisons. C'est pourquoi il est important que nous utilisions des vecteurs. Les vecteurs ont une propriété appelée directionnalité, c'est-à-dire qu'ils pointent d'un endroit à un autre. Tu vois, si deux vecteurs sont de même longueur et pointent dans la direction opposée ( + et -), leur somme sera nulle. En théorie, si la molécule est parfaitement symétrique, c' est-à-dire que la somme de tous les vecteurs est égale à 0, le moment dipolaire de l'ensemble de la molécule sera nul. D'accord, voyons un exemple.

Types de dipôles en chimie

Les trois types d'interactions dipolaires que tu peux rencontrer sont appelés ion-dipôle, dipôle-dipôle et induit-dipôle induit-dipôle (forces de dispersion de Londres) .

Ion-dipôle

Une interaction ion-dipôle se produit entre un ion et une molécule polaire (dipôle). Plus la charge de l'ion est élevée, plus la force d'attraction ion-dipôle est forte. Un exemple d'ion-dipôle est l'ion sodium dans l'eau.

Fig.3-Les forces ion-dipôle qui maintiennent l'ion sodium et l'eau

Un autre type d'interaction impliquant des ions est la force dipolaire induite par les ions. Cette interaction se produit lorsqu'un ion chargé induit un dipôle temporaire dans une molécule non polaire. Par exemple, ^Fe3+ peut induire un dipôle temporaire dans _O2, ce qui donne lieu à une interaction dipolaire induite par les ions !

Dipole-Dipole

Lorsque deux molécules polaires possédant des dipôles permanents sont proches l'une de l'autre, des forces attractives appelées interactions dipôle-dipôle maintiennent les molécules ensemble. Les interactions dipôle-dipôle sont des forces d'attraction qui se produisent entre l'extrémité positive d'une molécule polaire et l'extrémité négative d'une autre molécule polaire. Un exemple courant de forces dipôle-dipôle est celui des molécules de HCl. Dans le HCl, les atomes positifs partiels de H sont attirés par les atomes négatifs partiels de Cl d'une autre molécule.

Fig.4 - Forces dipôle-dipôle entre les molécules de HCl

Liaison hydrogène

La liaison hydrogène est un type particulier d'interaction dipôle-dipôle. La liaison hydrogène est une force intermoléculaire qui se produit entre l'atome d'hydrogène lié de façon covalente à un N, O ou F et une autre molécule contenant un N, O ou F. Par exemple, dans l'eau (_H2O), l'atome H lié de façon covalente à l'oxygène est attiré par l'oxygène d'une autre molécule d'eau, ce qui crée une liaison hydrogène.

Fig.5 - Liaison hydrogène entre molécules d'eau

Forces dipolaires induites par les dipôles

Lesforces dipolaires indu ites par les dipôles apparaissent lorsqu'une molécule polaire dotée d'un dipôle permanent induit un dipôle temporaire dans une molécule non polaire. Par exemple, les forces dipolaires induites par les dipôles peuvent maintenir ensemble des molécules de HCl et des atomes de He.

Forces de dispersion de Londres

Dipôle induit Les interactions dipôle induit sont également connues sous le nom de forces de dispersion de London . Ce type d'interaction est présent dans toutes les molécules, mais il est plus important lorsqu'il s'agit de molécules non polaires. Les forces de dispersion de Londres se produisent en raison du mouvement aléatoire des électrons dans le nuage d'électrons. Ce mouvement produit un moment dipolaire faible et temporaire ! Par exemple, les forces de dispersion de Londres sont le seul type de force d'attraction qui maintient les molécules_F2 ensemble.

Exemples de dipôles en chimie

Maintenant que tu comprends mieux ce que sont les dipôles, voyons d'autres exemples ! Dans la figure ci-dessous, tu peux voir la structure de l'acétone. L'acétone, _C3H6O, est une molécule polaire avec un dipôle de liaison.

Fig.6-Dipôles dans l'acétone

Le tétrachlorure de carbone, CCl4, est un autre exemple courant de molécule contenant des dipôles_. Le tétrachlorure de carbone est une molécule non polaire qui contient des liaisons polaires, et donc des dipôles. Cependant, le dipôle net est nul en raison de sa structure tétraédrique, où les dipôles des liaisons s'opposent directement les uns aux autres.

Fig.7 - Structure du tétrachlorure de carbone

Voyons un dernier exemple !

Les dipôles peuvent être un peu intimidants, mais une fois que tu auras compris, tu trouveras cela simple !

_{Références :}

_{Saunders, N. (2020). Supersimple Chemistry : The Ultimate Bitesize Study Guide. Londres : Dorling Kindersley.}

_{Timberlake, K. C. (2019). Chemistry : Une introduction à la chimie générale, organique et biologique. New York, NY : Pearson.}

_{Malone, L. J., Dolter, T. O., & Gentemann, S. (2013). Concepts de base de la chimie (8e éd.). Hoboken, NJ : John Wiley & Sons.}

_{Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M., & Lufaso, M. W. (2018). Chemistry : The central science (13e éd.). Harlow, Royaume-Uni : Pearson.}