Modèle de Gillespie

Complément - Chapitre 1
Notions fondamentales
Modèle de Gillespie (angles de liaisons dans une molécule)
En gardant à l’esprit que les doublets d’électrons, les liaisons simples, les liaisons
doubles et les liaisons triples sont constitués d’électrons, il est logique que la molécule
tende à obtenir un maximum de stabilité en éloignant le plus possible les nuages
électroniques pour minimiser les répulsions, ce qui mène à diverses géométries
moléculaires. Cette théorie élaborée vers 1957 par le chimiste canadien Ronald James
Gillespie (1924-… ), porte le nom de théorie RPEV (Répulsion des Paires d’Électrons
de Valence). Ce système tente d’estimer la disposition des liaisons et des doublets
d’électrons libres autour d’un atome en prenant soin de considérer la répulsion des
nuages électroniques (voir le tableau 1A).
Ainsi, si vous prenez un crayon dans chaque main (représentant chacun un nuage
électronique) et que vous tentez de les éloigner le plus possible l’un de l’autre, comment
les placerez-vous ? Il vous faudra évidemment les placer à 180 ˚ l’un de l’autre, en ligne
droite. Dans le cas des atomes d’une molécule, ceux-ci sont entourés de groupements
d’électrons de valence ou de paquets d’électrons qui se repoussent et cherchent à se
placer le plus loin possible les uns des autres. Pour des atomes qui possèdent deux
groupements d’électrons1 autour d’eux, leur géométrie est linéaire, les paquets
d’électrons étant disposés à 180 ˚ l’un de l’autre. Les atomes possédant trois
groupements d’électrons autour d’eux auront une géométrie triangulaire plane, avec
des angles de 120 ˚. Les atomes possédant quatre groupements (et plus) sont toutefois
plus complexes à représenter puisque l’on doit tenir compte de la troisième dimension.
Dans ce cas, les quatre groupements d’électrons entourant un atome sont placés à 109,5 ˚
l’un de l’autre pour minimiser la répulsion électronique ; une géométrie tétraédrique est
alors observée.
Tableau 1.a Théorie RPEV de la géométrie moléculaire des composés chimiques
X120 ο
X
109,5 ο
Nombre de paquets Géométrie Angle de liaison Représentation
(doublets libres et liants) moléculaire structurale
2 Linéaire 180 X
180
ο
3 Triangulaire
plane 120
4 Tétraédrique 109,5
1 Un groupement (groupe ou paquet) d’électrons peut être un doublet libre d’électrons, une liaison simple,
une liaison double ou une liaison triple.
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Remarque :
En chimie organique, pour simplifier, il est acceptable et courant de considérer que le
méthane (CH4), l’ammoniac (NH3) et l’eau (H2O) sont des molécules ayant une
géométrie tétraédrique, sans tenir compte de la forme pyramidale à base triangulaire
(NH3) ou de la forme angulaire (H2O) des molécules ayant des doublets d’électrons
libres.
Pour dessiner une structure en trois dimensions, il faut porter attention à chacun des
atomes constituant la molécule ou l’ion en déterminant tout d’abord le nombre de
paquets d’électrons autour de chacun. Ensuite, il faut dessiner la géométrie moléculaire
adéquate pour chaque atome avec les bons angles et les bons traits. Un petit truc afin de
faciliter l’écriture chimique en trois dimensions : identifiez votre chaîne principale et
dessinez-la dans le plan, en forme de zigzag.
Les molécules sont en continuel mouvement dans l’espace. Par conséquent, les formes
géométriques peuvent être dessinées sous plusieurs angles (voir la figure 1.a).
Figure 1.a Diverses représentations tridimensionnelles du méthane
a) Dans une structure 3D, les traits pleins reposent dans le plan de la page (C et H de la
liaison C-H sont situés dans un même plan). Les biseaux hachurés se dirigent derrière
le plan de la feuille (H de la liaison CH se dirige derrière le plan). Les biseaux pleins
se dirigent vers l’avant du plan de la feuille (H de la liaison CH est à l’avant du
plan).
b) Le modèle à boules et bâtonnets met l’accent sur les liaisons qui relient les atomes.
c) Le modèle compact souligne l’espace occupé par les atomes.
d) La représentation du potentiel électrostatique illustre la distribution des électrons au
sein d’une molécule. La couleur rouge est caractéristique d’une charge partielle
négative et le bleu représente une charge partielle positive.
a)
C
H
HH
HC
H
H
H
HC
H
H
HH
ou ou
109,5o
109,5o
109,5o
b)
c)
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d)
Exemple 1
Dessinez la structure tridimensionnelle de la molécule CH2(OH)CH2CH=CH2.
Solution
La première étape consiste à dessiner la structure de Lewis pour bien prendre conscience
des doublets d’électrons libres et des liaisons autour de chaque atome. Ensuite,
numérotez la chaîne principale afin de bien identifier chaque atome.
C
O
H
HC
HH
H
C
H
C
H
H
1234
L’oxygène est entouré de quatre paquets d’électrons, dont deux liaisons simples et deux
doublets d’électrons libres. La géométrie moléculaire est tétraédrique.
Les carbones C1 et C2 possèdent quatre liaisons simples. Une géométrie tétraédrique est
alors observée autour de ces atomes.
Les carbones C3 et C4 possèdent trois paquets d’électrons (deux liaisons simples et une
liaison double), qui sont positionnés pour respecter une géométrie triangulaire plane.
Schéma :
OC2
C1
+
C3
C4
+++
Géométrie tétraédrique Géométrie triangulaire plane
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La molécule en trois dimensions se dessine donc ainsi :
HO
C1C2
C3C4
H
H
H
HH
HH
Exercice 1.a
Dessinez la structure tridimensionnelle des composés suivants :
a) CH3-C≡C-NH-CH3
b) CH3OCH2CO2CH3
c) NH2CH=C=CH-CHCl2
Solutionnaire de l’exercice du complément
1.a Rappelons qu’il est possible de représenter plusieurs structures en trois
dimensions et qu’un modèle moléculaire s’avère fort utile pour comparer vos réponses
avec celles du solutionnaire.
CCC
H
N
CH
H
H
H
H
H
Il est également tout à fait correct de
représenter cet hydrogène vers l'arrière et le
doublet libre d'électrons vers l'avant.
a)
b)
c)
COC
H
H
H
C
H
H
O
O
CH
HH
CCC
H
H
N
C
H
H
H
Cl
Cl
N
Le doublet libre d'électrons peut
aussi être représenté par un lobe
(une orbitale) dans lequel on
retrouve deux flèches (les
électrons de spins opposés).
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