7) Géométrie d'une molécule

La représentation développée reflète-t-elle la géométrie d'une molécule ?

Il est possible de répondre en considérant que les doublets constitués d’électrons chargés négativement ont tendance à s’éloigner le plus possible les uns des autres. Dans quelle position dans l’espace, ces doublets vont-ils se disposer sachant qu’ils ont tendance à se repousser ?

Pour pouvoir étudier la géométrie de la molécule de méthane, il faut donc représenter simplement sur une feuille de papier (soit en deux dimensions) la structure spatiale d’une molécule tridimensionnelle : on adopte alors la représentation de Cram :

une liaison covalente dans le plan de l’écriture (plan de la feuille) est représentée par :
une liaison covalente en avant du plan de l’écriture par :
une liaison covalente en arrière du plan de l’écriture par :

a) La molécule d'eau

La molécule d’eau peut être représentée par la formule de Lewis qui met en évidence les doublets liants opposés (angle entre les deux liaisons de 180°) et les doublets non-liants.

Cependant des mesures expérimentales montrent la géométrie de la molécule d’eau est coudée : l’angle entre les 2 liaisons O-H est d’environ 104,5°.

Comment expliquer ce fait expérimental ?

La molécule d’eau a une structure coudée parce les doublets liants ou non liants qui entourent l’atome d’oxygène (atome central) se repoussent pour adopter une position d’éloignement maximal, c’est-à-dire de plus grande stabilité (de moindre répulsion).

Il n’y a pas que les doublets liants qui se repoussent. Les deux doublets non liants sont aussi à prendre en compte. Comme il y a 4 doublets d’électrons autour de l’atome d’oxygène, ils vont se disposer selon un tétraèdre et l’angle entre les deux liaisons O-H est donc proche de 109°.

Remarque : les doublets non liants prennent même un peu plus de place que les doublets liants autour de l’atome central puisque l’angle entre les 2 liaisons O – H est légèrement inférieur à celui entre les liaisons C – H du méthane.

b) La molécule de méthane

Représentation de Cram du méthane :
La molécule a une structure tétraédrique dans laquelle l’angle entre 2 liaisons C-H est 109°.

c) La molécule d'ammoniac

Représentation de Cram de l'ammoniac :
La molécule a une structure pyramidale trigonale dans laquelle l’angle entre 2 liaisons N-H est 107°.