Les aimants ne sont pas les seuls à pouvoir le faire, les molécules aussi ! Les molécules dotées d'un dipôle peuvent attirer ou repousser d'autres molécules. Ces forces sont très importantes dans les molécules car elles peuvent influencer certaines propriétés comme le point d'ébullition.
Dans cet article, nous allons nous intéresser aux dipôles et aux moments dipolaires pour voir comment ils se forment et pourquoi ils sont si importants.
- Cet article porte sur le moment dipolaire.
- Tout d'abord, nous définirons le dipôle et le moment dipolaire.
- Ensuite, nous apprendrons comment déterminer la direction d'un dipôle.
- Ensuite, nous découvrirons le moment dipolaire de l'eau et la raison pour laquelle les moments dipolaires ne se produisent pas dans les molécules symétriques.
- Par la suite, nous aborderons la formule du moment dipolaire et nous apprendrons les tendances du moment dipolaire.
Définition du moment dipolaire
Commençons par examiner la définition du moment dipolaire.
Lorsque deux charges de signe opposé sont séparées par une certaine distance, elles créent un dipôle .
Lemoment dipolaire (μ) mesure la taille du dipôle d'une molécule.
Si des dipôles temporaires peuvent se former dans un atome ou une molécule, seules les molécules peuvent avoir un dipôle permanent (on parle alors de molécules polaires).
Dans une molécule, un dipôle s'établit lorsqu'il y a une répartition inégale des électrons, causée par une différence d'électronégativité.
L'électronégativité est la tendance d'un atome à attirer les électrons/la densité d'électrons vers lui.
L'atome le plus électronégatif est le fluor, donc plus un atome est proche de la partie supérieure droite du tableau périodique (c'est-à-dire plus il est proche du fluor), plus il est électronégatif. Plus un atome est proche de la partie inférieure gauche du tableau périodique, moins il est électronégatif.
Lorsqu'un atome est plus électronégatif, il attire la densité d'électrons vers lui, de sorte que ce côté de la molécule sera partiellement négatif (δ-). L'autre côté de la molécule sera alors partiellement positif (δ+).Voici un exemple de molécule polaire (HF) :
Fig.1 - La molécule polaire HF
Le fluor est plus électronégatif (3,98), il a donc une charge δ-, tandis que l'hydrogène est moins électronégatif (2,2), il a donc une charge δ+.Il y a deux choses importantes à retenir en ce qui concerne les dipôles:1) Les molécules symétriques "annulent" toute liaison polaire, elles n'ont donc pas de dipôle. Essentiellement, les dipôles sont égaux et opposés, donc ils s'annulent (voir la figure 4 pour plus de détails).2) Les atomes doivent avoir une différence d'électronégativité d'au moins 0,5 pour être considérés comme polaires/ayant un dipôle.
Direction du moment dipolaire
Le moment dipolaire est un vecteur, c'est-à-dire qu'il a à la fois une magnitude et une direction. Le moment dipolaire indique la direction nette de la charge.
Par exemple, voici le moment dipolaire de HF :
Fig.2 - Le moment dipolaire de HF est dirigé vers le fluor.
Le moment dipolaire pointe vers la zone de la molécule où se trouve la plus grande densité d'électrons (c'est-à-dire l'atome le plus électronégatif). La partie "croisée" de la flèche indique l'endroit où il y a un manque de densité d'électrons (c'est-à-dire l'atome le moins électronégatif).
Dans ce cas, la flèche pointe vers le fluor (l'élément le plus EN) et la partie croisée se situe au niveau de l'hydrogène.
Moment dipolaire de l'eau
Lorsqu'une molécule possède plus d'une liaison, lemoment dipolaire net est la valeur totale de tous les moments dipolaires des liaisons. Par exemple, voici le moment dipolaire de l'eau :
Fig.3 L'eau a un moment dipolaire net orienté vers le bas.
Les moments dipolaires des liaisons individuelles sont toujours parallèles à leurs liaisons, tandis que le moment dipolaire net n'a pas besoin de suivre une liaison, mais pointera toujours vers l'atome le plus électronégatif.
L'ampleur du moment dipolaire net n'est pas simplement la somme des moments dipolaires individuels des liaisons. Comme nous le verrons plus tard lorsque nous examinerons la formule, le dipôle net est la somme des dipôles dans chaque direction de coordonnées (c'est-à-dire les directions x et y).
Par exemple, le moment dipolaire individuel de la liaison O-H est de 1,5 D, tandis que le moment dipolaire net de l'eau est de 1,84 D.
Moment dipolaire des molécules symétriques
Comme nous l'avons mentionné précédemment, les molécules qui ont des dipôles symétriques/opposés n'ont pas de moment dipolaire/dipôle. En effet, les polarités des liaisons s'annulent et il n'y a donc pas de dipôle net.
Prenons l'exemple de BeCl2:
Il existe une différence significative entre l'électronégativité du béryllium et celle du chlore (elle est de 1,5), de sorte que les liaisons individuelles ont un moment dipolaire. Cependant, comme les moments dipolaires des liaisons ont la même amplitude mais pointent dans des directions exactement opposées, il n'y a pas de moment dipolaire net .
C'est pourquoi des molécules comme BeCl2 sont considérées comme non polaires, même si la différence d'électronégativité est importante.
Remarque : Bien qu'une molécule comme l'eau ait une symétrie, elle possède toujours un moment dipolaire. La symétrie sur laquelle nous nous concentrons est la symétrie des dipôles. Dans l'eau, les dipôles pointent dans la même direction, alors que dans BeCl2, ils sont dans des directions opposées , c'est pourquoi ils s'annulent.
Formule du moment dipolaire
La formule du moment dipolaire est la suivante :
$$\vec{\mu}=\Sigma_{i} q_{i} \vec{r_i}$$
Où ,
\(\vec{\mu}\) est le vecteur du moment dipolaire.
qi est la magnitude de la ième charge.
\(\vec{r_i}\) est le vecteur position de la ième charge.
Il s'agit de la version plus complexe de la formule utilisée pour les molécules qui ont plus de deux atomes. Comme le moment dipolaire est une quantité vectorielle, tu dois le calculer pour chaque axe de coordonnées (x, y).
Il existe une forme plus simple de cette formule que nous utilisons uniquement pour les molécules diatomiques :
$$\mu_{diatomique}=Q*r$$
Où ,
- Q est l'ampleur de la charge
- r est la longueur de la liaison (distance) entre les charges.
Le moment dipolaire est mesuré en unités Debye (D), où 1 D=3,33564 x10-30 Cm (Coulomb mètres).
Bien que tu n'aies pas besoin d'utiliser cette formule pour les calculs du niveau AP, il est utile de la connaître pour comprendre les tendances du moment dipolaire.
Tendances du moment dipolaire
Trois facteurs influent sur le moment dipolaire. Ce sont :
La distance
Plus la longueur de la liaison est grande, plus le moment dipolaire est important
Représenté par la formule, μ = q*r.
Polarité
Plus la différence de polarité est grande, plus le moment dipolaire est important.
La différence de polarité est ce qui influence l'ampleur des charges (Q).
Géométrie de la molécule
Si une molécule a des dipôles opposés, elle n'aura pas de moment dipolaire (Ex : BeCl2)
Il est important de noter que ces facteurs fonctionnent en tandem, c'est-à-dire qu'ils doivent tous être pris en compte. Ce n'est pas parce que la distance entre les liaisons est plus grande que le moment dipolaire est automatiquement plus important. Par exemple, voici la tendance du moment dipolaire au fur et à mesure que tu descends dans le groupe des halogènes (groupe 17)
| Composé | Longueur de la liaison (Â) | Différence d'électronégativité | Moment dipolaire (D) |
| HF | 0.92 | 1.9 | 1.82 |
| HCl | 1.27 | 0.9 | 1.08 |
| HBr | 1.41 | 0.7 | 0.82 |
| HI | 1.61 | 0.4 | 0.44 |
Comme tu peux le voir, même si la longueur de la liaison augmente, la polarité diminue . La diminution de la polarité est plus importante que l'augmentation de la longueur de la liaison, donc le moment dipolaire diminue.
Connaître le moment dipolaire peut être très important pour déterminer différentes propriétés chimiques. Par exemple, voici quelques propriétés que le moment dipolaire peut affecter :
Plus le moment dipolaire est élevé, plus cette molécule est susceptible de se dissoudre dans un solvant polaire.
"Ce qui est semblable se dissout comme", donc ce qui est polaire se dissout dans ce qui est polaire.
Point d'ébullition/de fusion
Plus le moment dipolaire est grand, plus le point d'ébullition/de fusion est élevé.
Plus grand dipôle → forces plus fortes entre les molécules → les forces sont plus difficiles à briser.
Stabilité/réactivité
Plus le moment dipolaire est grand, plus la réactivité est importante (c'est-à-dire que moment dipolaire faible=plus stable).
Moment dipolaire - Points clés à retenir
- Lorsque deux charges d'égale grandeur et de signes opposés sont séparées par une distance, elles créent un dipôle.
- Le moment dipolaire (μ) mesure la taille du dipôle d'une molécule.
- L'électronégativité est la tendance d'un atome à attirer les électrons/la densité d'électrons vers lui.
- Le vecteur du moment dipolaire pointe vers l'atome le plus électronégatif.
- Le moment dipolaire net est la somme des dipôles individuels des liaisons.
- Les molécules symétriques n'ont pas de moment dipolaire, car les dipôles de liaison individuels s'annulent.
- La formule du moment dipolaire est la suivante :
$$\vec{\mu}=\Sigma_{i} q_{i} \vec{r_i}$$ ,où \(\vec{\mu}\) est le vecteur du moment dipolaire, \(q_{i}\)est la magnitude de la ième charge et \(\vec{r_i}\) est le vecteur de position de la ième charge.Une formule plus simple est : $$\mu_{diatomique}=Q*r$$ Où Q est la magnitude de la charge et r est la longueur de la liaison (distance) entre les charges.
Le moment dipolaire est affecté par : la distance, la polarité et la géométrie de la molécule. Le moment dipolaire peut influencer des propriétés telles que le point d'ébullition/de fusion, la solubilité et la stabilité.
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