Diagramme d'orbitales moléculaires

[titoulou]

Hello, j'ai besoin de votre aide...

On a vu ce diagramme mais même en réécoutant ce qu'à dit le professeur, que j'ai enregistré je ne l'ai pas du tout compris.

Merci d'avance à la personne qui pourra m'éclairer...

Je me réponds à moi même pour vous demandez de m'expliquer également ceci svpppp

Edited January 14 by titoulou

[Au-ccipital]

Coucou @titoulou!

Alors je t'avoue que d'expliquer ça par écrit ça risque d'être un peu compliqué, mais je vais tenter qd même. Et si tu comprends pas, le mieux serait que tu viennes en perm jeudi si tu as le temps!

 

- Ce diagramme déjà, c'est quoi?

C'est un DOM, Diagramme d'Orbitales Moléculaires. Donc en gros, il s'agit des orbitales résultant de la mise en commun des orbitales atomiques lors de la formation d'une liaison entre 2 atomes. 

Dcp je vais me servir ton 2ème schéma pour t'expliquer un peu mieux : celui de la molécule He2. Donc pour former He2, t'as fait quoi? Tu as fait une liaison entre 2 atomes d'hélium.

1ère chose à faire : tu regardes la couche de valence de tes atomes. Ici pour He, c'est 1s2.

Et du coup (c'est là où c'est plus dur à expliquer à l'écrit mdrr), faut que tu vois ton diagramme en 3 parties :

à gauche , tu t'imagines une colonne au dessus de là ou y a écrit He OA en bleu. Dans cette colonne, t'as un trait horizontal avec 2 flèches dessus et 1s marqué à côté. Eh ben en fait ça, ça représente une OA (à la place de la petite case que t'as l'habitude de voir, t'as un trait, et les 2 flèches c'est pour les 2 électrons de l'OA puisque 1s2).

Ensuite, à droite de ton diagramme, t'as exactement la même colonne, c'est pour représenter les OA du 2ème atome He.

Et après au milieu, t'as cette fois un truc bizarre : tu as 2 traits l'un au dessus de l'autre. Eh ben ça, ça correspond à tes Orbitales Moléculaires (OM).

 

- Et comment on fait pour savoir combien il y a d'OM, et cb on mets d'électrons dedans??

Il faut suivre une règle toute simple en chimie que tu as sûrement déjà entendu maintes fois : "en chimie, rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme". Eh bien c'est pareil ici: si tu avais 1OA dans chaque atome concernés par la liaison, (donc ici en tout ça te fais 1OA pour le 1er He, 1OA pour le 2ème, ce qui fait 2 OA en tout; et ATTENTION, petite précision, tu dois compter TOUTES tes OA de VALENCE!!! (pas celles avant la valence)) et tu auras donc 2OM. De même, si tu avais 4 électrons en tout (2 dans chaque atome pour grader le même exemple), eh bien tu devras mettre 4 électrons dans tes OM.

 

- Et comment on positionne ces OM dans le DOM ?

C'est là qu'interviens ton 1er schémas : sur celui-là, tu as pleins d'OM de représentées (en gros tu n'as que la colonne du milieu par rapport au DOM du He). Et en gros faut que tu retiennes cet agencement, car ce sera toujours le même.

Tout en bas, tu as les OM sigma. Y en a une sigma 2s et une sigma 2s * ("*" ça veut dire "anti liante") qui seront formées dcp à partir de 2 OA s (2s ou 1s selon ta valence) comme dans l'exemple avec He.

Au dessus, tu as des sigma et des pi. L'ensemble de ce groupe de 6 OM est formé à partir des OA p. (puisque dans le bloc p tu as 3 OA, fois 2 car tu mets 2 atomes ensembles ça te fais bien 6).

 

Voilà, est ce que c'est déjà un peu plus clair ou pas??

J'ai plus de batterie donc je dois m'arrêter là mais si t'as besoin de plus de précisions, n'hésites pas à redemander et je te réponds quand je suis chez moi!!

 

[titoulou]

Coucou, @Au-ccipitaldéjà merci d'avoir pris le temps de répondre.

J'y vois déjà un peu plus clair (même si je t'avoue que ce n'est pas limpide non plus...)

J'ai donc quelques question en plus:

-a quoi correspond exactement sigma et pi (le prof ne l'a pas vraiment expliqué, mais ça ne me paraît pas évident...)

-a quoi ça sert concrètement de faire le diagramme?

-pour comprendre le diagramme il faut le regarder dans sa globalité?

-le prof a dit en cours que les non liantes annulé les liantes c'est pour ça que lorsque on passe au * on perd des traits liaisons?

-concretement à quoi correspond liantes et antiliantes

je crois que c'est "tout"(hihi) j'espère que cela ne te prendra pas trop de temps à répondre à tout...

Edited September 18, 2023 by titoulou

[Theodred]

Salut,

il y a 24 minutes, titoulou a dit :

a quoi correspond exactement sigma et pi (le prof ne l'a pas vraiment expliqué, mais ça ne me paraît pas évident...)

Pour sigma et pi, cela correspond au type de liaison, une liaison simple est sigma, une liaison double est composée de une liaison sigma et une liaison pi. Cela correspond au type de recouvrement des orbitales atomiques entre les deux atomes pour former la liaison. Dans le cadre de sigma le recouvrement est axial (dans l'axe des orbitales) et dans le cadre de pi le recouvrement est latéral.

il y a 25 minutes, titoulou a dit :

a quoi ça sert concrètement de faire le diagramme?

-pour comprendre le diagramme il faut le regarder dans sa globalité?

Le diagramme te permettra de dire si une molécule peut exister électroniquement parlant. Autrement dit, si il y a bien une force d'attraction suffisante entre les deux atomes pour qu'ils s'associent et s'ils s'associent alors comment ils le font. Ainsi quand tu vas lire ton diagramme, c'est la colonne centrale qui va t'indiquer ce qui pousse à l'agrégation des 2 atomes (orbitales liantes) et  ce qui s'y oppose ( orbitales antiliantes) . C'est en faisant le delta des 2 que tu obtiens l'ordre de liaison et s'il est supérieur strictement à 0 alors la molécule peut exister. 

J'espère t'avoir éclairé. 

Bonne soirée 

[Au-ccipital]

Coucou @titoulou!!

 

Je reviens sur ce sujet pour compléter ma réponse (et celle de @Cigcig ).

Révélation

d'ailleurs merci à toi d'avoir répondu @Cigcig

 

- A quoi ça sert le DOM ?

Le DOM, c'est une vraie mine d'info sur les liaisons entre les atomes de ta molécule. En PASS, ça te sert surtout à calculer l'ordre de liaison, savoir si ta molécule peut réellement exister, savoir quel type de liaison tu fais (sigma ou pi; simple, double ou triple), et si ta molécule est di- ou para-magnétique.

 

- A quoi correspond sigma et pi ?

Ceci correspond au type de liaison. En fonction des OA que tu as, tu peux avoir différents types de recouvrement entre tes orbitales.

Comme ça a été expliqué juste au dessus, si ton recouvrement est axial, ça te fais une liaison sigma. Et si tu as un recouvrement latéral, ça te donnera une liaison pi.

Bon c'est bien beau tout ça, mais c'est quoi recouvrement latéral et axial? Comment on peut savoir ça??

Tu le vois en fonction de la géométrie des OA de valence.

Si je reprends l'exemple de l'hélium. On a dit que son OA de valence c'est 1s². Et si tu te rappelles un peu du début du cours, les OA de type s correspondent à des sphères. Et du coup, quand tu vas faire une liaison entre 2 sphères, t'as pas trop le choix : ça se fera dans le même axe que celui de la molécule, comme sur cette image : 

Donc ici, on a un recouvrement axial : on a collé les 2OA selon l'axe de la molécule.

Là, c'était le truc facile, vu que c'est une sphère, t'as pas trop d'options...

Mais si on passe à des OA p. Cette fois-ci, elles ressemblent à des 8 en 3D (ou un sablier). Et là, tu en a 3 orientées différemment dans l'espace.

Si tu prends un repère 3D: t'as un axe z horizontal (comme dans l'image au-dessus), un axe x horizontal mais vers l'avant (en 3D donc) et un axe y vertical vers le bas.

Donc si tu veux faire une liaison entre 2 OA 2p_z (ça veut dire qu'elles sont en forme de sablier, orientées selon l'axe z, c'est à dire celui de la liaison), tu vas rassembler les 2 OA bout à bout, sur l'axe z (comme sur la photo ci-contre, ce sera plus clair) : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/0j0m.png

Ici encore, le recouvrement est bien dans l'axe, donc ça te donne une liaison sigma.

 

Maintenant, si tu fais une liaison entre 2 OA 2p_y (ça veut dire tjrs sablier mais cette fois ils seront verticaux par rapport à l'axe de la molécule ou axe z). Donc là, si tu veux rassembler les 2, ça se fera pas sur l'axe mais en latéral de l'axe z, puisque les OA sont perpendiculaires à l'axe. Tu obtiendras donc une OM un peu bizarre de part et d'autre de l'axe z (comme sur l'image ci-contre : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/11ax.png). C'est pour ça qu'on dit que c'est un recouvrement latéral. Tu formeras alors une liaison pi.

C'est pareil pour une liaison entre 2 OA 2p_x : tu auras recouvrement latéral et donc du pi.

 

- A quoi correspond concrètement liantes et antiliantes ?

La réponse à cette question est un peu hors programme PASS... Grosssomodo, c'est un peu comme si tu faisais des additions et des soustractions entre les OA mais en un peu plus bizarre...

Si tu reprends les couleurs de ton cours : les s sont toutes bleues.

Si tu veux rassembler 2 OA s, tu vas avoir 2 "calculs" possibles : 

- soit tu fais une addition, donc sphère bleue + sphère bleue = gros machin bleu et là dcp ça donne une OM liante (OML).

- soit tu fais une soustraction, donc sphère bleue - sphère bleue = sphère bleue + sphère opposée (donc rouge si on prends les mêmes couleurs que le cours) = machin bizarre, ça correspond à une OM anti-liante (OMAL), c'est à dire que les 2 OA ne peuvent pas vrmt se recouvrir donc ça s'oppose à la liaison : c'est anti-liant.

Et en fait, ça t'aide à calculer ton ordre de liaison. 

Les électrons sont répartis sur toutes ces OA, et là, faut que tu voies ça un peu comme 2 camps opposés : les électrons dans les OA liantes ils sont "pour" la formation d'une liaison; tandis que les électrons dans une OA anti-liante, ils sont "contre" la formation d'une liaison.

Du coup qd tu calcules ton O.L, tu fais nb d'électrons dans les OML  - nb d'électrons dans les OMAL. (et tu n'oublies pas de diviser par 2 pour obtenir l'ordre de liaison).

 

Pour comprendre le diagramme, comment on fait ?

Au début, le DOM, c'est compliqué à comprendre, donc ce que je te propose pour t'aider, c'est d'en faire un de A à Z avec toi. Je vais essayer de tout te détailler, et je pense qu'en comprenant comment il se construit, tu comprendras mieux comment le lire, quelles infos en tirer etc....

Je fais ça sur un autre post juste après!

 

 

[Au-ccipital]

On va faire avec un exemple qui reviens souvent en PASS: N₂.

 

1ère étape : déterminer la couche de valence.

₇N : 1s²2s²2p³. Donc sa couche de valence est 2s² 2p³.

 

2ème étape : dessiner les 2 premières colonnes du DOM : celles sur les côtés, correspondant aux OA de valence de chaque atome.

Tu obtiens ce schéma : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/c73v.png

 

3ème étape : déterminer les OM résultant de la liaison entre les OA 2s (donc celles du bas).

Comme je t'ai expliqué tout à l'heure, quand tu joins 2 OA s (donc sphériques), tu fais un recouvrement axial, donc tu formeras des OM sigma. Et comme tu as "2 calculs" possibles, tu auras donc une OM sigma liante et une OM sigma anti-liante.

Jusque là tout va bien, on part de 2 OA et on forme bien 2 OM donc on respecte la règle de la chimie dont j'avais parlé dans mon tout 1er post sur ce sujet.

Ce qu'il faut que tu saches pour les positionner sur ton diagramme, c'est que quand tu formes une liaison, ça devient plus stable (puisque tu partages des électrons etc) donc le niveau de l'OM liante va être plus basse en énergie que les OA à partir desquelles elle a été formée. Et du coup, à l'inverse, l'OM anti-liante est moins stable donc plus haute en énergie.

Tu obtiens donc sur ton diagramme ceci : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/anhm.png

 

4ème étape : déterminer les OM résultant de la liaison entre les OA 2p (donc celles du haut).

Cette fois-ci, on a différents cas. Comme je l'avais expliqué, les OA 2p sont en formes de sablier et il y en a 3 qui sont orientées différemment dans l'espace.

Je t'avais expliqué que si tu regroupes les 2p_z, tu auras un recouvrement axial et donc tu formeras des OM sigma. Et là c'est toujours pareil, tu as 2 "calculs" possibles, donc tu auras une OM sigma liante et une OM sigma anti-liante.

Ensuite, pour les 2p_x et 2p_y, on aura un recouvrement latéral et donc on formera des OM pi. Et là pareil, tu as 2 "calculs" possibles, et donc liant ou anti-liant.

Si tu suis bien, on a 2 fois une OA 2p_x et 2 fois une OA 2p_y (puisque tu joins une OA de chaque atome à chaque fois). Donc tu auras 2 OM pi liantes et 2OM pi anti-liantes.

 

Maintenant, pour les positionner les unes par rapport aux autres, faut penser à 2 règles : 

- la 1ère, c'est pareil que l'étape d'avant : les OM liantes seront plus basses que les OA à partir desquelles elles sont formées, et les OM anti-liantes seront plus hautes.

- la 2ème c'est que les liaisons sigma sont plus stables que les liaisons pi. Du coup ton OM sigma liante (formée à partir des 2p_z) sera plus basse que les 2 OM pi liantes (formées à partir des 2p_x et 2p_y). Et à l'inverse pour les OM anti-liantes : la sigma sera au-dessus des pi.

 

Tu obtiens donc ceci : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/j7gn.png

 

5ème étape : remplir les OM avec les électrons.

Cette étape est super simple : tu comptes le nombre d'électrons qui sont dans les couches de valence des 2 atomes qui constituent ta molécule et tu les additionnes. Ici, on a 2 atomes d'azote. La couche de valence, c'est 2s² 2p³. Donc on a 5 électrons pour chaque atome, ce qui fait en tout 10 électrons.

Et une fois que tu as ça, tu remplis tes cases de la colonne du milieu en partant du bas du diagramme (puisque ce sont les couches les plus basses en énergie) et en respectant les mêmes règles que celles pour remplir les couches électroniques des atomes.

Tu obtiens donc ça : https://zupimages.net/viewer.php?id=23/38/51ie.png

 

6ème étape : calculer l'ordre de liaison.

On va commencer par compter le nombre d'électrons sur les OM liantes : 2 sur la sigma 2s, 2 sur la sigma 2pz, et 4 sur les pi 2px et 2py. Donc en tout, on a 8 électrons sur des OM liantes.

Ensuite, pour les OM anti-liantes : on a 2 électrons sur la sigma* 2s et c'est tout.

Donc pour le calcul, on fait: (8-2)/2 = 6/2 = 3.

Cela veut dire qu'on aura une triple liaison (dont une sigma et 2 pi).

 

Voilà, dis moi si avec tout ça tu comprends mieux comment ça marche les DOM!!!

Et si t'as encore des questions qui te viennent, n'hésites surtout pas, on est là pour ça!

La tutobise

 

[titoulou]

WAAAAW, merci beaucoup @Au-ccipital ce cours vient de passer de "je comprends rien" à "c'est pas si compliqué". Vraiment je n'ai plus aucune question (pour l'instant ), vraiment tout me parait clair.

Encore un grand grand merci à toi pour le temps passé!

[Au-ccipital]

Trop cool!!!!! Ca me fait super plaisir de voir que ça t'as bien aidé! Bon courage à toi