Lalongueur de la liaison est la distance moyenne entre les deux noyaux des atomes liés ensemble dans une liaison covalente.
L' énergie de liaison est l'énergie potentielle nécessaire pour rompre une liaison covalente.- Pour commencer, nous allons apprendre la formule de la longueur de liaison et la façon dont elle est mesurée.
- Ensuite, nous examinerons les tendances communes en matière de longueur de liaison et verrons comment elles se reflètent dans le tableau périodique.
- Ensuite, nous nous familiariserons avec le tableau des longueurs de liaison.
- Enfin, nous examinerons en détail la longueur des liaisons des molécules d'hydrogène et des doubles liaisons.
Qu'est-ce que la formule de la longueur de liaison ?
Si tu as lu Forces intramoléculaires et énergie potentielle, tu devrais avoir une compréhension de base de la longueur de liaison comme étant la distance entre les deux noyaux des atomes liés par covalence lorsque l'énergie potentielle de la liaison est au minimum. Mais passons très brièvement en revue certains principes fondamentaux à garder à l'esprit au sujet de la longueur de liaison avant de nous plonger dans les détails.
- La longueur des liaisons est généralement mesurée en picomètres (pm) ou en angströms (Å).
- Les facteurs qui affectent directement la longueur de la liaison sont l'ordre des liaisons et le rayon atomique.
- Lalongueur de la liaison et l'énergie de la liaison sont inversement liées l'une à l'autre.
Comme nous l'avons vu dans la métaphore de l'amitié, ce dernier point concernant la longueur et l'énergie des liaisons qui sont inversement liées l'une à l'autre signifie que lorsque la longueur de la liaison diminue, l'énergie de la liaison augmente. La formule qui prouve cette relation est connue sous le nom de loi de Coulomb.
La loi deCoulomb stipule que les forces similaires se repoussent et que les forces opposées s'attirent.
La formule associée à la loi de Coulomb est la suivante :
Dans ce cas, k est la constante de Coulomb, q désigne la charge électrostatique des atomes, r désigne le rayon atomique et F désigne la force électrique qui est équivalente à l' énergie de liaison.
La loi de Coulomb est principalement associée aux liaisons ioniques et à leurs interactions, mais de faibles forces coulombiennes existent dans les liaisons covalentes entre les électrons chargés négativement et les noyaux chargés positivement des atomes qui se lient. Bien qu'il soit utile de connaître la loi de Coulomb, car elle prouve mathématiquement la relation inverse entre la longueur et la force de la liaison, tu utiliseras d'autres moyens pour déterminer la longueur des liaisons covalentes.
La formule de Coulomb peut être utilisée pour prouver la relation entre la force et la longueur des liaisons de manière générale, mais elle est généralement associée aux liaisons ioniques et à leurs interactions. La loi de Coulomb et la force d'interaction en traitent en détail.
Alors, quels sont les autres moyens de calculer la longueur des liaisons ?
Les moyens les plus courants de calculer la longueur des liaisons covalentes sont les diagrammes d'énergie potentielle et le tableau des rayons atomiques. Nous nous concentrerons sur les rayons atomiques; consulte les diagrammes d'énergie potentielle chimique pour en savoir plus sur la détermination de la longueur des liaisons à partir d'un diagramme d'énergie.
Réfléchissons à la raison pour laquelle le rayon atomique influe sur la longueur de la liaison.
C'est très simple. À mesure que la taille des atomes augmente, la distance entre leurs noyaux augmente également. En gardant cette connaissance à l'esprit, nous pouvons suivre ces trois étapes pour calculer la longueur de la liaison :
1. Dessine TOUJOURS la structure de Lewis de la molécule et détermine l'ordre des liaisons.
2. Trouve les rayons atomiques des deux atomes sur un tableau des rayons atomiques.
3. Additionne les deux rayons atomiques.
Prenons un exemple simple et essayons de calculer la longueur approximative de la liaison deH2.
Tout d'abord, esquisse rapidement une structure de Lewis pour la liaisonH2.
Tu devrais avoir dessiné une seule liaison :
Ensuite, réfère-toi à la petite partie du tableau des rayons covalents joint ci-dessous :
| Numéro atomique | Élément | Rayon covalent | ||
| Liaisons simples | Liaisons doubles | Liaisons triples | ||
| 1 | H | 31 | - | - |
| 2 | Il | 28 | - | - |
| 3 | Li | 128 | 124 | - |
| 4 | Be | 96 | 90 | 85 |
Comme nous pouvons le constater, le rayon covalent d'un atome d'hydrogène est de 31 pm.
Enfin, nous additionnons la somme des rayons atomiques des deux atomes de la molécule. Comme les deux atomes sont des atomes d'hydrogène, la longueur de la liaison est de 31 pm + 31 pm, soit environ 62 pm.
Il est important de comprendre les tendances générales associées à la longueur de liaison, car tu devras souvent savoir comment ordonner la longueur de liaison des molécules en fonction de l'ordre des liaisons ou du rayon atomique.
Tendances de la longueur de liaison
Nous allons examiner deux tendances différentes liées à la longueur des liaisons:
la longueur de liaison et l'ordre des liaisons
la longueur de liaison et le rayon atomique
Longueur de liaison et ordre de liaison
Tu devrais savoir maintenant que l'ordre des liaisons fait référence au nombre de paires d'électrons partagées dans une liaison covalente.
Obligations simples = 1 paire partagée
Liaisons doubles = 2 paires partagées
Liaisons triples = 3 paires partagées
À mesure que le nombre d'électrons partagés augmente dans les liaisons, l'attraction entre les deux atomes devient plus forte, ce qui réduit la distance qui les sépare(longueur de la liaison). Cela augmente également la force de la liaison(énergie de liaison) parce que l'attraction entre les atomes est plus forte, ce qui les rend plus difficiles à séparer.
La façon correcte d'envisager la diminution de la longueur des liaisons est la suivante : liaisons simples > liaisons doubles > liaisons triples .
Fig.1 - Liaisons carbone-carbone simples, doubles et triples
Pour t'en souvenir, tu peux penser
Moins depaires d'électrons = liaison plus longue= force de liaison plus faible
Plusieurspaires d'électrons = Liaisons plus courtes= Liaison plus forte
Longueur de la liaison et rayon atomique
Nous avons également mentionné la relation entre la longueur de la liaison et le rayon atomique .
- Les atomes plus grands ont une longueur de liaison plus importante
- Les atomes plus petits ont une longueur de liaison plus petite.
La tendance est utile car nous pouvons utiliser la tendance du rayon atomique périodique pour déterminer la longueur de la liaison!
- La longueur de liaison augmente en descendant les groupes du tableau périodique.
- La longueur de liaison diminue en traversant les périodes du tableau périodique.
L'utilisation de cette tendance nous permet de comparer correctement les longueurs de liaison de molécules qui ont le même ordre de liaison et ne diffèrent que par un atome, comme CO, CN et CF !
Plaçons CO, CN et CF par ordre croissant de longueur de liaison ? Qu'en est-il de l'énergie de liaison ?
À ton avis, quelle est la première étape ?
Nous devons toujours dessiner une structure de Lewis pour déterminer l'ordre des liaisons (bien sûr, dans ce cas, nous savons qu'il s'agit de liaisons simples, mais il vaut mieux prendre l'habitude de les dessiner !)
Puisque l'ordre des liaisons est le même, nous savons que tout se résume au rayon atomique. Situons O, N et F sur le tableau périodique.
Fig.2 - Le tableau périodique
Fig.3 - Longueur des liaisons augmentant d'un groupe à l'autre
Nous pouvons voir que O, N et F se trouvent tous dans la période 2. Lorsque nous traversons une période, qu'arrive-t-il au rayon atomique et, par conséquent, à la longueur de la liaison ?
Il diminue ! Il nous suffit donc de placer les trois molécules dans l'ordre inverse de celui dans lequel elles se trouvent dans la période pour afficher une longueur de liaison croissante, ce qui donnerait :
CF > CO > CN
Mais qu'en est-il de l'augmentation de l'énergie de liaison ?
Nous savons que la longueur de la liaison est inversement proportionnelle à l'énergie de la liaison, donc pour que l'énergie de la liaison augmente, la longueur de la liaison doit diminuer... nous l'inversons !
CN > CO > CF
Jette un coup d'œil aux Tendances périodiques si tu veux te rafraîchir la mémoire sur les tendances du rayon atomique !
Tableau de la longueur de liaison
Examinons un tableau de la longueur des liaisons pour voir les tendances de l'ordre des liaisons, de la longueur des liaisons et de l'énergie des liaisons !
| Obligation | Type de liaison | Longueur de la liaison (pm) | Énergie de liaison (kJ/mol) |
| C-C | Simple | 154 | 347 |
| C=C | Double | 134 | 614 |
| Triple | 120 | 839 | |
| C-O | Simple | 143 | 358 |
| C=O | Double | 123 | 745 |
| C-N | Simple | 143 | 305 |
| C=N | Double | 138 | 615 |
| Triple | 116 | 891 |
Nous pouvons voir que nos tendances se confirment en comparant .
| Représentation des obligations | Ordre des liaisons ↑ | Longueur de la liaison ↓ | Énergie de liaison ↑ |
| C-C | Liaison simple | 154 | 347 |
| C = C | Double liaison | 134 | 614 |
| Triple liaison | 120 | 839 |
Lorsque l'ordre des liaisons augmente, la longueur des liaisons diminue tandis que l'énergie des liaisons augmente.
Longueur de la liaison avec l'hydrogène
Zoomons sur les liaisons avec l'hydrogène pour voir l'effet du rayon atomique sur la longueur et la force des liaisons!
Fig.3 - Longueur de la liaison augmentant vers le bas d'un groupe
Cette image nous aide à visualiser ce qui se passe au niveau de la longueur de la liaison lorsque nous descendons d'un groupe dans le tableau périodique et pourquoi. Ce sont toutes des liaisons simples, l'ordre des liaisons est donc le même. Cela signifie que la différence se situe au niveau du rayon atomique !
Plus le rayon atomique augmente, plus les électrons de valence sont éloignés du noyau, ce qui crée une liaison plus longue et moins forte.
Longueur de la liaison - Points clés
- La longueur de la liaison est la distance moyenne entre les deux noyaux des atomes liés ensemble dans une liaison covalente.
- Elle est influencée par l'ordre des liaisons et le rayon atomique.
- Lorsque la longueur de la liaison augmente, l'énergie de la liaison diminue en raison d'une relation inverse entre les deux.
- Lorsque l'ordre des liaisons augmente, les atomes sont rapprochés et la longueur de la liaison diminue.
- Liaisons simples > Liaisons doubles > Liaisons triples
- Plus le rayon atomique augmente, plus les noyaux sont éloignés des électrons de valence et plus la longueur de la liaison augmente.
Références
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward et Matthew Stoltzfus. Chemistry : The Central Science. , 2018. Imprimer.
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