Figure I.

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Chapitre I Propriétés électriques et magnétiques des molécules
I.0 Introduction
Cette étude va permettre d’analyser certaines propriétés électrique et magnétique des
molécules et de les interpréter en fonction de leur structure électronique. Parmi ces propriétés
se trouvent le moment dipolaire, la polarisabilité, la magnétisabilité. Elles permettent de
déterminer la géométrie des molécules (angles valenciels, longueur de liaison…), la répartition
électronique et la polarité des liaisons.
I.1 Propriétés électriques des molécules
Les molécules sont des assemblages d’atomes qui sont eux même constitués de charges
négatives (électrons) et de charges positives (protons). L’existence de ces charges fait qu’il est
possible d’interpréter le comportement des molécules à partir d’interaction électrique. Cette
approche expérimentale est basée sur l’étude de deux paramètres :
1-La détermination des moments dipolaires
2-L’étude des polarisabilités des liaisons
I.I.1 Moment dipolaire d’une molécule
a) Dipôle et moment dipolaire
Définition : On appelle dipôle, le système formé de deux charges égales mais de signe
opposé, séparées par une distance d. Un dipôle est caractérisé par son moment dipolaire
électrique  orienté de la charge négative vers la charge positive tel que.
 )(tan ).(
)(arg
menBetAnoyauxlesentrecedisd DDebyeoumCendipolairemoment Cenechq
dq
Figure I.
Unité des moments dipolaires, le debye : 1D = 1/3. 10-29 C.m
NB : Du fait de la faiblesse des moments dipolaires, le Debye (D) est l’unité utilisée pour
s’adapter à ces valeurs.
Le moment dipolaire est une grandeur qui se mesure expérimentalement. L'existence
d'un moment dipolaire dans une molécule a son origine dans la différence d'électronégativité
entre atomes. Il permet d’avoir des informations sur la structure moléculaire et surtout à tester
les fonctions d’onde calculées.
b) Caractère ionique d’une liaison
Lorsque 2 atomes d’électronégativité différente forment une liaison, celle-ci n’est pas
symétrique. On dit que cette liaison possède un caractère ionique, ce qui se traduit
expérimentalement par l'existence d'un moment dipolaire électrique permanent.

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Définition : On appelle caractère ionique δ (ou charge partielle relative) d'une liaison, le
rapport entre le moment dipolaire expérimental de cette liaison et le moment dipolaire théorique
de la liaison correspondante c'est-à-dire si celle-ci était purement ionique (q = e = 1,6.10-19 C,
charge élémentaire). 
Selon la distribution des charges électriques, on distingue 2 cas :
i) Distribution asymétrique des charges – moment dipolaire permanent
La molécule est dite polaire lorsque le barycentre des charges positives n'est plus
confondu avec celui des charges négatives. C’est le cas dans les molécules dissymétriques de
type AB. Ces molécules sont assimilables à un dipôle caractérisé par un moment dipolaire 
permanent orienté, de l’atome le plus électronégatif vers l’atome le moins électronégatif.
- Moment dipolaires des molécules polyatomiques
Dans une molécule polyatomique, le moment dipolaire total correspond à la somme
vectorielle des moments élémentaires de chaque liaison du fait de l’additivité des moments
dipolaires (moments dipolaires additifs vectoriellement).
Dans les molécules de type MA2 deux cas se présentent :
Soit la molécule est linéaire et dans ce cas le moment dipolaire est nul
Figure I.2
Soit les 2 liaisons MA font un angle  inférieur à π et le moment dipolaire est permanent.
Figure I.3
Pour les molécules de types MA2B2, en fonction des positions relatives de A et B par rapport
à M, le moment dipolaire peut nul ou non nul
Figure I.3

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i) Distribution symétrique des charges - moment dipolaire nul
Lorsque la distribution des charges est symétrique, les centres de gravité des charges
positives et négatives sont confondus dans ce cas  . Ces molécules sont non polaires. (H2 ;
N2…, CH4 ; CCl4...).
d) Propriétés additives
Il est possible de décomposer le moment dipolaire d’une molécule complexe en diverses
contributions et d’obtenir le moment dipolaire comme la somme vectorielle de ces
contributions.
L’illustration la plus parfaite de cette propriété est obtenue à partir des molécules du
chlorobenzène.
Figure I.4
I.2 Polarisabilité d’une molécule – constante diélectrique
Lorsqu’on place une molécule quelconque (polaire ou non) dans un champ électrique,
on peut faire varier la distribution électronique de cette molécule. En effet le champ électrique
externe va déformer le nuage électronique et on a l’apparition d’un moment dipolaire dit induit.
L’efficacité du champ électrique appliqué dépend de l’aptitude de la molécule à se polariser
c'est-à-dire à déformer son nuage électronique c’est ce qu’on appelle la polarisabilité.
Définition : La polarisabilité d’une molécule est le moment dipolaire induit par un champ
électrique de force unité.
La détermination de la polarisabilité d’une molécule peut permettre d’en déduire son
moment dipolaire. Il suffit de déterminer la permittivité électrique ε (constante diélectrique) et
ensuite de la relier au moment dipolaire.
Considérons un condensateur plan dont les 2 armatures, de surface S et densité superficielle
de charge σ, sont séparées d’une distance d, la valeur absolue de la charge portée étant q.
Par ailleurs, la charge d'un condensateur est proportionnelle à la tension mesurée entre les
armatures du condensateur, c'est-à-dire :  
où C est la capacité du condensateur, exprimée en Farad (F).
On sait, par ailleurs, en électrostatique que le champ électrique entre les 2 armatures est
donné par :
- dans le vide

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- et dans un diélectrique 
Si C0 est la capacité de ce condensateur à vide, on a :
Dans le vide, la charge d’un condensateur est :
Par ailleurs : 
D’où : 
Si on intercale un isolant ou diélectrique et si ε est la permittivité du diélectrique par analogie,
on obtient :  
Et : on obtient la constante diélectrique relative du milieu, le diélectrique a pour effet de
ralentir la vitesse des charges.
a) Relation entre εr et les propriétés moléculaires
Figure I.5
À l’apparition de  , les charges contenues dans le milieu s’alignent. Une charge superficielle
s’oppose à la charge des plateaux ce qui entraîne un abaissement de E de :
Si P est la densité des charges superficielles apparues, la charge totale sur une face est + P.S et
–P.S. Ces charges sont séparées d’une distance d et constituent un dipôle de moment  avec
Le volume du diélectrique est 
Et le moment dipolaire par unité de volume est :
Définition : Polarisation représente la charge par unité de surface ou encore le moment dipolaire
moyen par unité de volume.
On sait que

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L’introduction de l’isolant s’identifie à une diminution de charge superficielle qui fait
passer la densité de charge de σ à σ – P
Et dans ce cas, on peut écrire :
P = ε0 (εr – 1)E c'est-à-dire que : 
Or  
εr: est la grandeur mesurable,
b) Susceptibilité électrique
Considérons une molécule dans le diélectrique. Cette molécule perçoit le champ et le
champ électrique produit par les charges en surface du diélectrique.
Figure I.6
Le calcul montre que pour une molécule sphérique et un milieu continu le champ  ’ perçu
est égal à :
Et le champ total agissant sur la molécule est :
On sait que la polarisation électrique est proportionnelle à ET et on peut écrire :
Ce coefficient γ est relié à ε0 par la susceptibilité électrique χe qui est une grandeur
caractérisant la polarisation créée par un champ électrique, d’où :
D’où