Notes de cours - Forces faibles

IV : Liaisons Faibles
Seules les formules encadrées sont à connaître
1 Moment dipolaire électrique des molécules
a Pourcentage d’ionicité
Certaines molécules sont globalement neutres, leur charge est donc nulle, mais elles possèdent des
charges locales. Par exemple dans la molécule de fluorure d’hydrogène HF, le fluor est plus
électronégatif que l’hydrogène et attire plus à lui le nuage électronique, laissant le noyau d’hydrogène
partiellement dégarni :
Le fluor porte alors une charge négative et l’hydrogène une charge positive
Elles résultent du fait que le doublet de la liaison n’est pas également partagé entre les deux
partenaires.
Si celui-ci était également partagé, on aurait . On a affaire dans ce cas là à une liaison covalente
pure. C’est le cas, par exemple, de H2, ou de F2.
D’un autre côté, si le doublet restait complètement du côté d’un des deux partenaires, alors la charge
de celui-ci serait . On aurait alors . La liaison est dans ce cas purement ionique.
Dans la plupart des cas, cependant, pour une liaison non symétrique,
est appelé pourcentage d’ionicité de la liaison (par exemple liaison 50% ionique).

b Moment dipolaire électrostatique
Deux charges électriques de même magnitude mais de signes opposés, placées à une distance d l’une
de l’autre créent autour d’elles un champ électrostatique dont les lignes de champ ont l’allure
suivante :
La somme des deux charges est nulle, mais du fait qu’elles sont séparées d’une distance d, le champ
électrostatique créé n’est pas nul. On dit que les charges forment un dipôle électrostatique.
Un dipôle électrostatique est caractérisé par un moment dipolaire. Le moment dipolaire est un vecteur
orienté de la charge négative vers la charge positive, et dont la magnitude est égale à la charge positive
multipliée par la distance entre les deux charges. Le l’unité du moment dipolaire est le Coulomb-mètre
(C.m) :
Un dipôle électrostatique crée en un point M un champ électrostatique . Si l’on se place à une
distance très grande par rapport à la distance de séparation des charges ( , le champ électrique
créé prend la forme :
On retiendra surtout que l’intensité de décroit en avec la distance.

cLiaisonsetmomentdipolaire
D’aprèscequivientd’êtrevu,onendéduitqu’uneliaisonquin’estpaspurementcovalentepossède
unmomentdipolaireélectrostatique.Onditquelaliaisonestpolaire.
Siunemoléculepossèdeplusieursliaisonspoliares,lesmomentsdipolairess’additionnent.Lemoment
dipolairedelamoléculeestlasommevectorielledesmomentsdipolairesdetoutessesliaisons.La
sommevectoriellededeuxmomentsdipolaires
et faisantunangleentreeuxest:
Danslecasparticulierd’unemoléculecomportantdeuxliaisonsidentiques(parexempleH2O),lesdeux
momentsdipolairesontmêmemagnitude:
dDipôlesinduits
Lorsqu’unemoléculepolaires’approched’unemoléculenonpolaire,lenuageélectroniquedecelle‐ci
peutêtredéformésousl’influenceduchampélectrostatiquecrééparlamoléculepolaire.Lamolécule
apolairedevientalorspolaire:Elleacquiertunmomentdipolairesousl’influenced’unchamp
électrostatique.Ledipôlerésultantestundipôleinduit.
Unemoléculeapolairepouvantacquérirundipôleinduitestditepolarisable.Lesmoléculesdontle
nuageélectronqueestfacilementdéformablesontlespluspolarisables.
2
cos
2
cos
2

2ForcesdeVanderWaals
Deuxdipôlesélectrostatiquesexercententreeuxdesforcesd’attraction.Cesforcessontresponsables
delacohésionentremoléculesdanslesétatscondensésdelamatière(solideetlesliquide).Elles
s’ajoutentauxforcesderépulsion,quidominentplutôtàfaibledistance:Lorsquedeuxmoléculesse
rapprochentàtrèscourtedistance,lesforcesderépulsiondeviennentprédominantes,etempêchent
lesmoléculesdes’effondrerl’unesurl’autre.Cesontcesforcesderépulsionquifontquelessolideset
lesliquidesnousparaissentincompressibles.
Lesforcesd’attractiondeVanderWaalssontduesauxinteractionsentredipôlesélectrostatiquesdes
molécules.
LesforcesdeVanderWaalss’exercentàdistance,maisdécroissentrapidementavecladistanceentre
molécules.L’énergiepotentielledontellesdériventestproportionnelleà1
.
Troiscontributionsdifférentesparticipentàl’interactionattractive:
• Interactiondipôlepermanent–dipôlepermanentouinteractiondeKeesom
C’estl’interactiondominanteentremoléculespossédantunmomentdipolairepermanentimportant.
ParexempleH‐Cl.Ellenepeutpassuffireàexpliquerlesinteractionsentremolécules,puisquemême
lesmoléculesapolairess’attirentetformentdesétatscondensés(l’héliumestliquideen‐dessousde
4,2K).
• Interactiondipôlepermanent–dipôleinduitouinteractiondeDebye
Ellepeutavoirlieuentreunemoléculepossédantundipôlepermanentetunen’enpossédantpas,
maisc’estaussiunecontributionàl’interactionentredeuxmoléculespossédantundipolepermanent.
• Interactiondipôleinduit–dipôleinduitouinteractiondeLondon
Onl’appelleégalementforcededispersion.Elles’exercesurtouteslesmolécules,polairesoupas.
Seulelamécaniquequantiquepermetdel’interprétercorrectement:L’électronétantenmouvement
continuel,chaqueatomepossèdeunmomentdipolairetemporairequiàsontourinduitunmoment
dipolairedanslesatomesvoisinsetilyaattraction.C’estl’interactiondeLondonquiprédominedans
laplupartdesmolécules.
1
1

Cestroisintéractionsdériventd’uneénergiepotentiellequivarieavecladistanceen1
.Lorsqu’elles
sontplusfortesquel’énergied’agitationdesmolécules(énergiethermique),c’estàdirequandla
températureestsuffisammentbasse,lesmoléculesserapprochentlesunesdesautres,formantdes
étatscondensés(solideouliquide).Àtrèscourtedistance,cependant,ilexisteuneénergiederépulsion
en1
,quiempêchelesmoléculesdes’approcherindéfiniment.Ladistanceentrelesmoléculesest
tellequel’énergied’attractionetcellederépulsionsecompensentparfaitement.
3Laliaisonhydrogène
LaliaisonHestuntypespécialdeliaisonfaible.ParfoisclasséedanslesliaisonsdetypeVanderWaals,
elleestcependanttypiquement10foisplusfortequecesdernières,maisresteplusfaiblequ’une
liaisoncovalente.
UneliaisonHs’établitentreunatomeHparticipantàuneliaisonfortementpolarisée(avecunatome
trèsélectronégatif,engénéralFouO)etunatomecomportantdesdoubletslibres.
C’estuneliaisondetypeélectrostatique,avecunfaible(~10%)caractèrecovalent.
LaliaisonHestubiquitairedanslanature.C’estellequiestàl’originedespropriétésparticulièresde
l’eau,àcommencerparsonpointd’ébullitionélevé(100°C):
Eneffet,ilfautunetempératureélevéepourcasserlesliaisonsHentremoléculesd’eauliquide.Sans
lesliaisonsH,l’eauseraitgazeuseàtempératureambiante,etlavien’auraitpaspusedéveloppersur
terre!
Àl’étatsolide,lecristaldeglaceaunestructureparticulière(detype«diamant»),dueàlagéométrie
tétraédriqueimposéeparlesliaisonsH: