Limites de la structure de Lewis

Lesstructures en points de Lewis sont un peu comme des plans d'étage chimiques. Elles montrent les positions approximatives des atomes et des électrons dans une molécule. Cependant, les structures en points de Lewis ont aussi leurs inconvénients. Contrairement aux plans, elles ne sont pas à l'échelle et ne représentent pas exactement la géométrie de la molécule. Après tout, il est assez difficile de représenter une structure en trois dimensions en seulement deux dimensions. Ce n'est là qu'une des limites des structures en points de Lewis.

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Sauter à un chapitre clé

    • Cet article traite des limites des structures à points de Lewis en chimie.
    • Nous commencerons par définir les structures en points de Lewis avant d'examiner quelques exemples.
    • Nous explorerons ensuite certaines des limites des structures à points de Lewis.

    Structures de Lewis : Définition

    Tu as peut-être déjà rencontré les structures en points de Lewis dans l'article "Diagrammes en points de Lewis". Nous te recommandons de consulter cet article avant de poursuivre ta lecture. Mais avant de passer au sujet principal de cet article, qu'est-ce que les structures de Lewis ?

    Les structures en points deLewis sont des représentations simplifiées des électrons de valence d'une molécule.

    Les structures en points de Lewis sont également appelées structures de Lewis, diagrammes en points de Lewis, diagrammes en points et en croix et diagrammes en points d'électrons. Ces cinq termes désignent tous la même chose : un diagramme montrant les atomes, les électrons de valence et la liaison d'une molécule. Dans ces diagrammes, les électrons sont représentés par des points et les liaisons covalentes par des lignes.

    Les structures en points de Lewis sont construites autour de l'idée que les atomes obéissent à la règle de l'octuor, ce qui signifie qu'ils essaient d'avoir huit électrons dans leur enveloppe extérieure. Cependant, comme nous le verrons plus loin, ce n'est pas toujours le cas.

    Exemples de structures en points de Lewis

    Il peut être utile d'examiner quelques exemples de structures à points de Lewis avant de discuter de leurs inconvénients. Tout d'abord, prenons l'exemple de l'eau,H2O. Voici sa structure de Lewis :

    Structure de Lewis de l'eau, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 1. Diagramme de Lewis de l'eau.

    Qu'est-ce que cela nous apprend ?

    • La molécule est constituée de deux atomes d'hydrogène reliés à un atome d'oxygène central par des liaisons covalentes simples. Celles-ci sont représentées par des lignes droites.
    • L'atome d'oxygène possède deux paires d'électrons solitaires. Elles sont représentées par des paires de points.

    Examinons maintenant la structure de Lewis de l'ozone, O3.

    Structure de Lewis de l'ozone, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 2. Diagramme de Lewis de l'ozone.

    Que pouvons-nous en déduire ?

    • La molécule est constituée de trois atomes d'oxygène reliés par une liaison covalente simple et une liaison covalente double.
    • Les atomes d'oxygène ont un nombre variable de paires d'électrons solitaires.

    Cependant, cette structure n'est pas tout à fait exacte. Les deux liaisons entre les atomes d'oxygène sont en fait équivalentes. Au lieu d'une simple et d'une double liaison, les deux liaisons peuvent être considérées comme une liaison et demie. C'est parce que l'ozone présente une résonance . C'est un exemple de l'une des limites des structures en points de Lewis. Examinons-les maintenant.

    La résonance de l'ozone est étudiée plus en détail dans l'article "Résonance".

    Limites de la structure en points de Lewis

    Aussi pratique que soit la structure en points de Lewis, elle a ses limites. Nous en avons déjà évoqué quelques-unes. En voici d'autres :

    • Elle ne montre pas la longueur des liaisons ni la taille des atomes.
    • Elle ne montre pas les différents types d'orbitales.
    • Il ne représente pas correctement la résonance.
    • Il ne montre pas la géométrie.
    • Il suppose que tous les atomes suivent la règle de l'octet.

    Limites des structures de Lewis : Longueur des liaisons et taille des atomes

    Tout d'abord, les structures en points de Lewis ne sont pas des diagrammes à l'échelle. Elles n'indiquent pas la taille relative des atomes ni la longueur des liaisons. Dans les structures de Lewis, tous les atomes sont représentés comme ayant la même taille et toutes les liaisons sont représentées comme ayant la même longueur, alors qu'en réalité, ce n'est pas le cas.

    Par exemple, jette un coup d'œil au diagramme de Lewis de l'éthène, C2H4. L'éthène est composé de deux atomes de carbone reliés par une double liaison covalente. Chaque atome de carbone est également lié à deux atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes simples. Les atomes de carbone sont beaucoup plus gros que les atomes d'hydrogène - ils ont une couche d'électrons supplémentaire. En outre, les doubles liaisons sont beaucoup plus courtes et plus fortes que les liaisons simples. Cependant, dans une structure de Lewis, les atomes et les liaisons sont représentés comme ayant la même taille et la même longueur.

    Structure de Lewis de l'éthène, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 3. Éthène. Source : commons.wikimedia.org

    Limites des structures de Lewis : Orbitales

    Lorsque les atomes se lient par covalence, leurs orbitales électroniques se chevauchent. Mais avant que cela ne se produise, l'atome modifie parfois certaines de ses orbitales pour les rendre toutes égales. Ce processus est appelé hybridation.

    Par exemple, les orbitales sp2 sont constituées d'une orbitale s et de deux orbitales p qui se réarrangent pour former trois orbitales identiques. On les trouve par exemple dans l'éthène. En revanche, les orbitales sp3 sont constituées d'une orbitale s et de trois orbitales p qui se réarrangent pour former quatre orbitales identiques. On les trouve dans l'éthane.

    Cependant, les diagrammes de Lewis ne font pas de distinction entre les différentes orbitales électroniques et montrent que toutes les liaisons covalentes sont identiques.

    Ethène vs Ethane, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 4. Éthène, à gauche, et éthane, à droite. Source : commons.wikimedia.org

    Pour en savoir plus, consulte les rubriques "Hybridation des liaisons" et "Orbitales hybrides".

    Limites des structures de Lewis : Résonance

    Plus tôt dans l'article, nous avons examiné la structure en points de Lewis de l'ozone. Elle contenait une liaison simple O-O et une double liaison O=O. Dans notre structure de Lewis, la double liaison se trouvait à droite, mais nous pouvons également dessiner une structure de Lewis tout aussi valable avec la double liaison à gauche.

    Structures de résonance de l'ozone, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 5. Structures de résonance de l'ozone.

    En réalité, l'ozone présente une résonance. Cela signifie qu'il ne peut pas être représenté avec précision par l'une ou l'autre de ces deux structures de Lewis, connues sous le nom de structures de résonance. Au lieu de cela, il prend la forme d'une molécule hybride, qui est une moyenne des deux structures de résonance. Au lieu d'avoir une liaison simple O-O et une liaison double O=O, elle a deux liaisons égales et demie. Tu peux clairement voir que cela n'apparaît pas dans les diagrammes de Lewis des structures de résonance de l'ozone. Ils constituent une représentation inexacte de l'ozone et de la résonance en général.

    Limites des structures de Lewis : Géométrie

    Considérons maintenant les structures de Lewis et la géométrie. En fait, les structures en points de Lewis sont une mauvaise représentation de la géométrie d'une molécule. Elles ne montrent pas les angles ou les positions des liaisons.

    Prenons l'exemple de l'eau. Nous avons déjà vu sa structure de Lewis. L'eau est une molécule en forme de V, ce qui signifie que l'angle entre ses deux liaisons est de 104,5°. Mais tu ne peux pas t'en rendre compte à partir d'un schéma de Lewis.

    Structure de Lewis de l'eau, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 6. Schéma de Lewis de l'eau.

    L'ammoniac est un autre exemple. Il contient un atome d'azote avec trois liaisons covalentes et une paire d'électrons solitaires, ce qui donne à la molécule une forme de pyramide trigonale. Si nous devions voir cette molécule en 3D, l'une des liaisons dépasserait vers toi, l'autre pointerait vers l'arrière, loin de toi, et l'angle de liaison serait de 107°. Cependant, la structure de Lewis ne montre pas cela. Au lieu de cela, elle montre la molécule comme étant plate et plane.

    Structure de Lewis et géométrie de l'ammoniac, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 6. L'ammoniac, représenté avec sa structure de Lewis, à gauche, et sa géométrie, à droite. Modifié à partir de : commons.wikimedia.org

    Limites des structures de Lewis : Règle de l'octuor

    Lorsque tu dessines des schémas de Lewis, tu dois attribuer des paires d'électrons aux atomes. Pour ce faire, tu supposes que tous les atomes suivent la règle de l'octuor.

    La règle de l'octet est une règle générale en chimie utilisée pour prédire la liaison entre les atomes. Elle stipule que les atomes sont les plus stables lorsqu'ils ont huit électrons dans leur enveloppe extérieure.

    Cela signifie que nous essayons de faire en sorte que tous les atomes aient huit électrons de valence. Cependant, pour certains atomes et certaines molécules, ce n'est pas le cas.

    Prenons l'exemple du trifluorure de bore. L'atome central de bore ne possède que six électrons de valence. Les règles conventionnelles de dessin des diagrammes de Lewis, basées sur la règle de l'octuor, nous diraient que cette molécule est instable. Mais en réalité, le trifluorure de bore est une molécule stable qui se contente de six électrons dans son enveloppe extérieure.

    Trifluorure de bore, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 7. Trifluorure de bore.

    Les diagrammes de Lewis nous disent également que les gaz rares comme le xénon ne peuvent pas former de liaisons, car ils ont déjà huit électrons de valence. En fait, ce n'est pas le cas. Le xénon peut former des molécules, comme le tétrafluorure de xénon.

    Structure de Lewis du tétrafluorure de xénon, Limites de la structure en points de Lewis, Composés ioniques et moléculaires, StudySmarterFig. 8. Diagramme de Lewis du tétrafluorure de xénon. Crédits image : commons.wikimedia.org

    Visite "La règle de l'octuor" pour voir d'autres exceptions à la règle de l'octuor.

    Avantages et inconvénients des structures de Lewis

    Voici un tableau qui t'aidera à comprendre les avantages et les inconvénients des structures de Lewis :

    AvantagesInconvénients
    Simplicité: Facile à dessiner et à comprendre, c'est une façon directe de représenter la liaison.Géométrie: Ne représente pas la forme de la molécule ou la taille des atomes et ne peut pas montrer l'hybridation.
    Visualisation: Fournit une représentation visuelle de la façon dont les électrons sont répartis autour des atomes.Résonance: Ne peut pas représenter avec précision les molécules dont les électrons sont délocalisés, comme le benzène.
    Prévisibilité: aide à prédire le type de liaison (ionique/covalente), l'ordre des liaisons et la polarité des liaisons.Approximation: Suppose que les électrons sont localisés entre deux atomes, ce qui n'est pas toujours le cas.
    Aperçus: Donne une idée de la stabilité d'une molécule et de sa réactivité.Hypothèses: Elle suppose que toutes les molécules suivent la règle de l'octet.

    Nous avons terminé cet article. À présent, tu devrais être capable de dessiner et d'interpréter les structures de Lewis pour différentes molécules. Tu devrais également être en mesure de décrire et d'expliquer certaines des limites des structures de Lewis.

    Limites de la structure de Lewis - Points clés à retenir

    • Lesstructures en points de Lewis sont des représentations simplifiées des électrons de valence d'une molécule. Elles montrent la disposition des atomes de la molécule, les électrons de valence et la liaison.
    • Les structures en points de Lewis ont leurs limites :
      • Elles ne montrent pas les tailles et longueurs relatives des atomes et des liaisons.
      • Elles ne montrent pas les orbitales électroniques impliquées dans la liaison.
      • Elles ne montrent pas la résonance avec précision.
      • Elles ne montrent pas la géométrie de la molécule.
      • Ils supposent que tous les atomes suivent la règle de l'octet.
    Questions fréquemment posées en Limites de la structure de Lewis
    Quelles sont les limites de la structure de Lewis ?
    Les limites incluent l'incapacité à représenter les orbitales et les électrons non appariés, ainsi que l'approximation des angles de liaison.
    Pourquoi la structure de Lewis est-elle incomplète pour certaines molécules ?
    Elle est incomplète car elle ne prend pas en compte la délocalisation des électrons et les exceptions aux règles de l'octet.
    Les structures de Lewis peuvent-elles prédire la forme moléculaire ?
    Non, les structures de Lewis ne peuvent pas prévoir la géométrie moléculaire avec précision, pour cela, la théorie VSEPR est plus appropriée.
    La structure de Lewis prend-elle en compte les orbitales moléculaires ?
    Non, les structures de Lewis ne considèrent pas les orbitales moléculaires, elles se concentrent sur la disposition des électrons de valence.
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