Modèle moléculaire

Que sont les molécules ?

Ces atomes peuvent être du même élément ou d'éléments différents, auquel cas, ils sont appelés composés.

Types de molécules

Les molécules sont classées en fonction de leur nombre d'atomes. Il en existe trois types :

• Molécules diatomiques ;
• Molécules triatomiques ;
• Molécules polyatomiques.

Liaisons chimiques

Pour comprendre la liaison chimique, il faut d'abord la définir.

Pour obtenir une plus grande stabilité, en termes d'énergie, les atomes sont liés les uns aux autres par des forces d'attraction qui forment des liaisons. Chaque liaison représente une paire d'électrons.

Ces liaisons sont connues sous le nom de liaisons simples, doubles et triples. Les mécanismes par lesquels ces liaisons sont formées déterminent si elles sont covalentes ou ioniques.

Types de liaisons chimiques

Il existe trois types de liaisons chimiques en chimie.

• Liaison covalente ;
• Liaison ionique ;
• Liaison métallique.

Polarité moléculaire

La différence d'électronégativité entre deux atomes affecte le type de liaison formé entre eux :

• Si deux atomes ont une différence d'électronégativité supérieure à \( 1{,}7 \) , ils forment une liaison ionique.
• S'ils n'ont qu'une légère différence de \( 0{,}4 \) ou moins, ils forment une liaison covalente non polaire.
• S'ils ont une différence d'électronégativité comprise entre \( 0{,}4 \) et \( 1{,}7 \) , ils forment une liaison covalente polaire.

On peut voir cela comme une échelle mobile. Plus la différence d'électronégativité entre les deux atomes est grande, plus la liaison est ionique.

Par exemple, l'hydrogène a une électronégativité de \( 2{,}2 \) tandis que le chlore a une électronégativité de \( 3 \) . Comme nous l'avons vu plus haut, l'atome de chlore va attirer la paire d'électrons de liaison plus fortement que l'hydrogène et devenir partiellement chargé négativement. La différence entre les électronégativités des deux atomes est de \( 3{,}16-2{,}20= 0{,}96 \) .

Ce chiffre est supérieur à \( 0{,}4 \) . La liaison est donc une liaison covalente polaire.

Fig. 1- Différence d'électronégativité entre l'hydrogène et le chlore.

Par exemple, l'eau est une molécule polaire, car le côté oxygène de la molécule est chargé négativement, tandis que le côté hydrogène est chargé positivement.

Les facteurs qui contribuent à déterminer la polarité des molécules sont les formes géométriques des molécules et le type de liaison entre leurs atomes.

Un atome plus électronégatif va attirer la paire d'électrons de la liaison vers lui, devenant ainsi partiellement chargé négativement, laissant le second atome partiellement chargé positivement. On dit que cela a formé une liaison polaire et que la molécule contient un moment dipolaire.

Qu'est-ce qu'un dipôle électrique ?

Le point médian \( +q \) et \( -q \) est appelé centre du dipôle. L'exemple le plus simple d'un dipôle électrique est une paire de charges électriques de signes opposés et de magnitude égale séparées par une distance.

Lorsqu'une espèce possède un dipôle, elle présente une extrémité partielle positive \( ( \delta + ) \) et une extrémité partielle négative \( ( \delta - ) \) . Ces pôles agissent comme ceux d'un aimant et attirent les charges opposées tout en repoussant les charges semblables.

Forces de Van der Waals

Les forces de Van der Waals sont essentiellement la poussée/traction causée par ces molécules polaires qui se rapprochent les unes des autres.

Types de forces de Van der Waals

Il existe trois types de forces de Van der Waals avec lesquelles tu dois te familiariser :

• Les interactions dipôle-dipôle ;
• Interactions dipôle induit-dipôle ;
• Forces de dispersion de London (dipôle induit instantané).

Fig 2- Forces de Van der Waals.

Qu'est-ce que la modélisation moléculaire ?

Dynamique moléculaire

Les trajectoires des atomes et des molécules sont déterminées en résolvant numériquement les équations du mouvement de Newton pour un système de particules en interaction, où les forces entre les particules et leurs énergies potentielles sont souvent calculées à l'aide de potentiels interatomiques ou de champs de force de mécanique moléculaire. La méthode est principalement appliquée en chimie physique, en science des matériaux et en biophysique.

Structures moléculaires

Théoriquement, la structure moléculaire est déterminée en résolvant l'équation de la mécanique quantique pour le mouvement des électrons dans le champ des noyaux (appelée équation de Schrödinger).

Dans une structure moléculaire, les longueurs et les angles des liaisons sont ceux pour lesquels l'énergie moléculaire est la plus faible. La détermination des structures par la solution numérique de l'équation de Schrödinger est devenue un processus très développé qui nécessite l'utilisation d'ordinateurs et de superordinateurs.