Science et technologie s1070

Les liaisons covalente et ionique

​Une liaison chimique est le transfert ou le partage d'un ou plusieurs électrons entre deux atomes.

Peu importe leur nature, tous les atomes cherchent à atteindre la stabilité. Pour ce faire, leur dernière couche électronique doit être remplie par les électrons de valence. Alors que certains atomes ont tendance à gagner des électrons supplémentaires, d'autres vont plutôt en céder. Les électrons de valence des atomes que l'on veut lier subissent l'influence de chacun des noyaux impliqués.

La règle de l'octet

La règle de l'octet est la tendance que les atomes ont d'acquérir la configuration électronique du gaz rare qui est le plus proche d'eux dans le tableau périodique.Pour obtenir une configuration électronique stable, un atome cherchera à gagner ou à perdre un ou des électrons par ionisation. Il produira ainsi des ions qui pourront être utilisés dans la formation d'une molécule.

L'aluminium possède trois électrons de valence. Pour respecter la règle de l'octet et avoir une configuration électronique semblable à celle du gaz rare le plus près, il devra perdre trois électrons. Il aura donc la configuration électronique du néon. Toutefois, il deviendra un cation, puisqu'il aura une charge résiduelle positive.
s1070i1.JPG

Le tableau résume les ions formés par les éléments des principales familles du tableau périodique.

​Nom de la famille ​Nombre d'électrons de valence
​Tendance de l'atome
​Exemple d'ion formé
​I A
​Alcalins​1​Perdre 1 électron
​|Na^{+}|
​II A
​Alcalino-terreux​2​Perdre 2 électrons
​|Mg^{2+}|
​III A
​Bore​3​Perdre 3 électrons
​|Al^{3+}|
​IV A
​Carbone​4​Perdre 4 électrons
​|Si^{4+}|
​Gagner 4 électrons
​|Si^{4-}|
​V A
​Azote​5​Gagner 3 électrons
​|P^{3-}|
​VI A
​Oxygène​6​Gagner 2 électrons
​|S^{2-}|
​VII A
​Halogènes​7​Gagner 1 électron
​|Cl^{-}|
​VIII A
​Gaz rares
​8​Aucun​Aucun


La liaison covalente

La liaison covalente implique un partage d'électrons entre deux atomes. Ce type de liaison apparaît principalement lorsqu’une molécule est formée de deux non-métaux, de deux atomes identiques ou lorsqu'un non-métal se lie avec l'hydrogène.

La liaison covalente se produit lorsque la différence d'électronégativité entre les deux atomes est petite. Le nombre d'électrons partagés peut varier selon les atomes liés ensemble: il peut y avoir un seul doublet d'électrons partagés (comme dans le |Cl_{2}|), deux doublets d'électrons partagés (comme dans le |CO_{2}|) et même trois doublets partagés (comme dans le |N_{2}|). Lorsqu'il y a un partage d'électrons, la paire d'électrons partagée est appelée doublet d'électrons.

Deux atomes de chlore vont partager un seul doublet d'électrons partagés pour former la molécule |Cl_{2}|


Un atome d'oxygène partagera deux doublets d'électrons avec un atome de carbone. Ainsi, lorsque deux atomes d'oxygène vont partager des électrons avec le carbone, la molécule formée sera |CO_{2}|. 
 


Les molécules suivantes illustrent des partages d'électrons entre des atomes, ce qui permettra la formation de liaison covalente.



Une autre façon d'illustrer les liaisons covalentes est d'utiliser la notation de Lewis. 

Les liaisons covalentes et la notation de Lewis

Dans le cas d’une liaison covalente, des cercles seront utilisés pour associer les électrons qui seront partagés dans la liaison, comme l'illustre le schéma ci-dessous.

Pour former les liaisons entre le carbone et l'oxygène, il faut représenter les atomes de carbone et d'oxygène avec la notation de Lewis et ajouter des cercles pour illustrer le partage d'électrons.
s1128i13.JPG
Il est à noter que, dans cette molécule, deux liaisons unissent l’atome de carbone à chacun des atomes d’oxygène.


La liaison ionique

La liaison ionique implique un transfert d'électrons d'un atome à un autre.
Ce type de liaison apparaît principalement lorsqu’une molécule est formée d’un métal et d’un non-métal.

Un composé ionique peut être obtenu à la suite d'une liaison ionique.

Dans une liaison ionique, l'atome qui perd un ou des électrons a une valeur d'électronégativité plus faible que celui qui gagne le ou les électrons. Ce type de liaison amène la formation d'ions: étant donné que les atomes gagnent ou perdent des électrons, ils se retrouvent avec une charge soit positive (cation, un ion positif) ou négative (anion, un ion négatif).

Une liaison simple entre deux atomes |NaCl|
Le sodium |\left(Na\right)| a un seul électron de valence, alors que le chlore |\left(Cl\right)| en a sept. L’atome de sodium a une plus faible électronégativité que l’atome de chlore. L’atome de sodium cèdera donc son électron de valence à l’atome de chlore pour former une liaison ionique.


Les molécules suivantes représentent des liaisons ioniques entre différents atomes.





Une autre façon d'illustrer les liaisons ioniques est d'utiliser la notation de Lewis.

Les liaisons ioniques et la notation de Lewis

Dans le cas d’une liaison ionique, le transfert de l’électron ou des électrons est représenté par une flèche.  L’électron doit toujours partir du donneur (le métal) et se diriger vers le receveur (non-métal).

Pour former les liaisons entre l'aluminium et le fluor, il faut représenter les atomes d'aluminium et de fluor avec la notation de Lewis et ajouter des flèches pour illustrer le transfert d'électrons.
s1128i12.JPG
L’atome d’aluminium s’est débarrassé de ses trois électrons, alors que chacun des atomes de fluor a réussi à combler sa dernière couche électronique en recevant un huitième électron de valence.

Une molécule formée par une liaison ionique peut former des ions lorsqu'elle est mise en solution aqueuse. Les ions ainsi libérés permettent le passage du courant électrique. Ainsi, on nomme ce type de molécule substance électrolytique.

L'électronégativité

L'électronégativité est la capacité d'un noyau à attirer un électron de valence.

L'électronégativité est différente entre chacun des éléments, puisque tous les éléments ne cherchent pas à attirer un électron de valence également.

Plus le rayon atomique d'un élément est petit, plus l'électronégativité est grande. 

Les éléments dont la dernière couche électronique est déjà presque remplie auront tendance à attirer des électrons afin de respecter la règle de l'octet. 
À l'inverse, ceux qui n'ont que quelques électrons sur leur dernière couche électronique, comme les alcalins ou les alcalino-terreux, auront tendance à les céder facilement.

C'est donc la différence d'électronégativité entre les éléments que l'on veut lier qui va déterminer le type de liaison chimique.

L'électronégativité d'un élément est une grandeur qui caractérise sa capacité à attirer les électrons lors de la formation d'une liaison chimique avec un autre élément. La différence d'électronégativité entre ces deux éléments détermine la nature de la liaison chimique : covalente lorsque la différence est inférieure à 1,67 eV, ou ionique lorsque cette différence est plus grande que 1,67 eV.

On peut retrouver les valeurs d’électronégativité des différents éléments chimiques dans le tableau périodique des éléments.



Les vidéos
Les exercices
Les références