Cours de chimie – niveau classe de première S – partie « Couleurs et images – Matières colorées » (structure et propriétés de la matière)
- Définition
- Trouver le nombre de doublet non liant d’un atome (méthode n°1)
- Trouver le nombre de doublet non liant d’un atome (méthode n°2)
- Nombre de doublets non liant des atomes courants
- Représentation
- Influence sur la géométrie d’une molécule
Définition
Un doublet non liant correspond à une paire de deux électrons appartenant à la couche externe d’un même atome.
Lorsqu’un atome fait partie d’une molécule alors il établit une ou plusieurs liaisons simples avec d’autres atomes, et alors tous les électrons de sa couche externe forment des doublets :
- certains d’entre eux forment un doublet liant en s’associant à un électron d’un autre atome, ces doublets liants constituent des liaisons covalente et leur nombre est dicté par la loi du duet et de l’octet (pour les éléments des trois premières périodes).
- tous les autres électrons restant sur la couche externe se regroupent par paires pour former des doublets non liants
Trouver le nombre de doublet non liant d’un atome (méthode n°1)
Pour trouver le nombre de doublets liant d’un atome on peut suivre la méthode suivante :
- trouver le nombre d’électrons « ne » sur la couche externe (par exemple en déterminant la structure électronique)
- déterminer le nombre « nl » de liaisons covalentes établies par l’atome (en utilisant la règle du duet et de l’octet)
- calculer le nombre d’électrons de la couche externe qui ne participent pas à des liaison : ne – nl
- Le nombre de paire correspond à la moitié du résultat précédent : (ne – nl)
Exemple : Nombre de doublets non liants de l’hydrogène
Sa structure électronique est (K)1, il ne possède qu’un électron sur sa couche externe et ce dernier est engagé dans une liaison covalent qui lui permet de respecter la règle du duet. Une fois cette liaison formée il ne reste aucun électron disponible sur la couche externe par conséquent l’atome d’hydrogène n’a aucun doublet non liant.
Exemple : l’atome de carbone
Sa structure électronique est (K)2(L)4, sa couche externe (L) comprend donc quatre électrons. Ces quatre électrons s’engagent tous dans une liaison covalente car le carbone a besoin de 4 électrons supplémentaires pour respecter la règle de l’octet. Par conséquent l’atome de carbone ne dispose d’aucun doublet non liant.
Exemple : l’atome d’azote
Il a pour structure électronique (K)2(L)5, et sa couche externe (L) accueille cinq électrons. Pour respecter la règle de l’octet il forme 3 liaisons covalentes en y engageant trois de ses cinq électrons externes par conséquent il en reste 5 – 3 = 2 qui forment 2/2 = 1 doublet non liant.
Exemple : l’atome d’oxygène
La structure électronique de l’atome d’oxygène est (K)2(L)6, et il a six électrons sur sa couche externe (L). Pour respecter la règle de l’octet il engage deux de ces six électrons dans deux liaisons covalente, il reste donc 6-2 = 4 électrons qui se regroupent par deux pour former 4/2 = 2 doublets non liants.
Trouver le nombre de doublet non liant d’un atome (méthode n°2)
Un atome de la deuxième ou de la troisième période respecte toujours la règle de l’octet et dispose toujours au sein d’une molécule de huit électrons sur sa couche externe ce qui correspond à un total de 4 doublets (liants ou non liant).
Pour un atome dont le nombre de liaisons covalentes est connu le nombre de doublets non liants correspond au nombre de doublet manquant pour arriver à un total de quatre.
Exemples
- Le carbone forme 4 liaisons covalentes qui permettent d’atteindre un total de quatre doublet : il n’y a donc aucun doublets non liants.
- L’azote forme 3 liaisons covalente soit 3 doublets liants, il faut donc un doublet non liant pour arriver à un total de quatre.
- L’oxygène forme deux liaisons covalentes correspondant à deux doublets liants, il manque deux doublets non liants pour atteindre un total de quatre.
Nombre de doublets non liant des atomes courants
| Elément chimique | Nombre de doublets non liants |
| Hydrogène H | 0 |
| Hélium He | 1 |
| Carbone C | 0 |
| Azote N | 1 |
| Oxygène | 2 |
| Fluor F | 3 |
| Néon Ne | 4 |
| Silicium Si | 0 |
| Phosphore P | 1 |
| Soufre | 2 |
| Chlore | 3 |
| Argon | 4 |
Représentation
Tout comme un doublet liant, un doublet non liant se représente par un trait mais à la différence de ce dernier il se trace autour du symbole atomique et non entre de deux symboles.
Exemple des doublets non liants de l’oxygène de la molécule d’eau:
Les doublets non liants ne sont pas représentés dans les formules développées ou semi-développées mais ils figurent dans les représentation de Lewis.
Influence sur la géométrie d’une molécule
Les doublets non liants (tout comme les liants) occupent leur propre zone de l’espace située en périphérie de l’atome et :
- repoussent (répulsion électriques) les autres doublets constitués d’électrons négatifs
- sont repoussés par les autres doublets.
Cette répulsion mutuelle conduit les doublets à s’éloigner au maximum les uns des autres et détermine leur orientation spatiale. Les angles formés par les liaisons interatomiques ainsi que la géométrie globale de la molécule dépend donc non seulement des doublets liants mais aussi des doublets non liants.