Liaison covalente

 

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Dans notre petit conte, il existe des diablotins condamnés à faire la navette entre deux maisons. Remplaces les mots "diablotins" par "électrons" et "maisons" par "noyaux" et tu obtiendras une bonne définition de la liaison chimique covalente. Quel intérêt ont donc les noyaux à échanger leurs électrons les plus externes (les fameux électrons de valence du chimiste), pour former des molécules?

La raison est assez simple à comprendre. Un électron dans un atome est toujours soumis à deux forces antagonistes. Son énergie cinétique K qui augmente et son énergie potentielle U qui diminue au fur et à mesure qu'il s'approche du noyau. Avec un seul noyau, s'il gagne de l'énergie potentielle il gaspille une partie de cette énergie à s'agiter comme un beau diable. A l'inverse pour se calmer, il doit accepter de perdre une précieuse énergie potentielle. Il ne peut donc gagner sur les deux tableaux.

Avec deux noyaux les choses sont complètement différentes. Il peut maintenant se déplacer dans un volume plus grand (et donc réduire son énergie cinétique) sans perdre d'énergie potentielle! Là encore, l'inévitable théorème du viriel te permets de prévoir l'ordre de grandeur du gain énergétique procuré par ce partage d'électrons entre deux noyaux:

Considères donc ce qui arrive lorsque deux atomes qui ont une taille voisine de 1 Å mettent en commun chacun 1 électron. Le volume résultant (appellé orbitale moléculaire par les chimistes) dans lequel peuvent se déplacer les électrons a donc une taille linéaire voisine de 4 Å. Comme les électrons restent confinés à l'intérieur de ce volume, le théorème du viriel s'applique, et tu dois avoir à l'équilibre: <K> = -½<U>, soit une énergie de liaison E = <K> + <U> = ½<U>. Si tu admets que chaque électron de valence voient une charge positive +e, le potentiel s'écrit U(eV) ~ -2×14,4/r(Å), puisqu'il y a deux noyaux. L'énergie de liaison sera donc EOM ~  -½×2×14,4/4 ~ -3,6 eV ou encore EOM ~ -400 kJ.mol-1.

Il y a donc un intérêt énergétique certain à partager des électrons qui voient un faible potentiel nucléaire (électrons les plus externes). Pour des électrons de coeur, qui voient un potentiel nucléaire beaucoup plus fort, ce gain d'énergie serait tout à fait négligeable devant l'énorme perte potentielle que cela impliquerait. Tu sais maintenant tout pour pouvoir comprendre les propriétés optiques des atomes et des molécules...

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 21/09/99.