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1.8 : Géométrie moléculaire et moments dipolaires

VSEPR theory helps to determine electron-pair geometries and molecular geometries.

A series of steps is used to predict the geometry and bond angles of molecules, such as phosphorus trichloride.

The first step is to draw the Lewis structure of the molecule.

Next, count the total number of electron groups on the central atom. Around phosphorus, there are four electron groups: three bonding pairs and one lone pair.

Now, determine the electron-pair geometry. The electron-pair geometry is tetrahedral. However, because of the lone pair, the molecular geometry is trigonal pyramidal. The lone pair reduces the bond angle to less than 109.5°.

Bonding electron pairs are not always shared equally between the two bonding atoms.

In a covalent bond like that of hydrofluoric acid, the electrons are pulled toward the more electronegative atom, indicated by a partial charge. Such bonds are called polar bonds.

The charge separation creates a vector called the bond dipole moment, which is indicated by the Greek letter µ. Its value is the product of the magnitude of the partial charges and the distance between them.

Dipole moments are commonly expressed in debyes. One debye is equal to 3.336 × 10⁻³⁰ coulomb-meters.

The vector points from the less to the more electronegative atom and indicates the bond dipole moment. Its length is proportional to the magnitude of the electronegativity difference between the two atoms. Most diatomic molecules containing atoms of different elements have dipole moments and therefore are polar molecules.

In polyatomic compounds, the net dipole moment is determined by the individual bond dipole moments and geometry of the compound.

Consider a water molecule with two polar bonds. It has a bent shape and is a polar molecule.

In contrast, a carbon dioxide molecule is linear. The two carbon–oxygen bonds are polar but are oriented in opposite directions, canceling out each other's dipole moment and making the overall molecule nonpolar.

La théorie VSEPR peut être utilisée pour déterminer les géométries des paires d'électrons et les structures moléculaires de la manière suivante :

Écrivez la structure de Lewis de la molécule ou de l'ion polyatomique.
Comptez le nombre de groupes électroniques (paires isolées et liaisons) autour de l’atome central. Une liaison simple, double ou triple compte pour une région de densité électronique.
Identifiez la géométrie des paires d’électrons en fonction du nombre de groupes d’électrons.
Utilisez le nombre de paires isolées pour déterminer la structure moléculaire. Si plusieurs arrangements de paires isolées et de liaisons chimiques sont possibles, choisissez celui qui minimisera les répulsions.

Moment dipolaire d'une molécule

Lorsque des atomes ayant des électronégativités différentes forment une liaison, les électrons sont attirés vers l’atome le plus électronégatif, laissant un atome avec une charge partielle positive (δ+) et l’autre atome avec une charge partielle négative (δ–). De telles liaisons sont appelées liaisons covalentes polaires, et la séparation des charges donne lieu à un moment dipolaire de liaison. L'amplitude d'un moment dipolaire de liaison est représentée par la lettre grecque µ et est donnée par :

µ = Qr

où Q est l'ampleur des charges partielles (déterminée par la différence d'électronégativité) et r est la distance qui les sépare. Les moments dipolaires sont généralement exprimés en debyes, où un debye est égal à 3,336 × 10⁻³⁰ C·m.

Le moment dipolaire de la liaison est un vecteur représenté par une flèche pointant le long de la liaison depuis l'atome le moins électronégatif vers l'atome le plus électronégatif, avec un petit signe plus sur l'extrémité la moins électronégative.

Une molécule entière peut également présenter une séparation de charge, en fonction de sa structure moléculaire et de la polarité de chacune de ses liaisons. De telles molécules sont dites polaires. Le moment dipolaire mesure l’étendue de la séparation nette des charges dans la molécule dans son ensemble. Dans les molécules diatomiques, le moment dipolaire de liaison détermine la polarité moléculaire.

Lorsqu'une molécule contient plus d'une liaison, la géométrie doit être prise en compte. Si les liaisons dans une molécule sont disposées de telle sorte que la somme vectorielle de leurs moments de liaison soit égale à zéro, alors la molécule est non polaire (par exemple,CO₂). La molécule d’eau a une structure moléculaire courbée et les deux moments de liaison ne s’annulent pas. L’eau est donc une molécule polaire avec un moment dipolaire net.

Ce texte a été adapté deOpenstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.

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Molecular Geometry Dipole Moments VSEPR Theory Lewis Structure Electron Groups Electron pair Geometry Lone Pairs Molecular Structure Repulsions Electronegativities Polar Covalent Bonds Partial Positive Charge Partial Negative Charge Bond Dipole Moment Magnitude Of Dipole Moment Debyes Vector Representation

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