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MPSI · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 14

Structure des entités chimiques

Fiche de cours15 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Électrons de valence et liaison covalente localisée

Définition. Les électrons de valence d’un atome sont les électrons de sa couche externe : ce sont les seuls qui interviennent dans la formation des liaisons chimiques. Leur nombre, noté nvn_v, se lit directement sur la colonne occupée par l’élément dans le tableau périodique.

Méthode — compter nvn_v pour un élément des blocs s et p. Pour les colonnes 1 et 2 (bloc s), nvn_v est le numéro de colonne. Pour les colonnes 13 à 18 (bloc p), nvn_v est le numéro de colonne diminué de dix. L’hydrogène a nv=1n_v=1, l’hélium nv=2n_v=2.

Colonne12131415161718
nvn_v1122334455667788
ExemplesH\ce{H}, Na\ce{Na}Be\ce{Be}, Mg\ce{Mg}B\ce{B}, Al\ce{Al}C\ce{C}, Si\ce{Si}N\ce{N}, P\ce{P}O\ce{O}, S\ce{S}F\ce{F}, Cl\ce{Cl}, I\ce{I}Ne\ce{Ne}, Ar\ce{Ar}
Liaisons usuelles1122334433221100

Propriété — nombre usuel de liaisons. Un atome des colonnes 14 à 17 forme en général 8−nv8-n_v liaisons covalentes et porte nv−(8−nv)=2nv−8n_v-(8-n_v)=2n_v-8 électrons non liants, soit nv−4n_v-4 doublets non liants. D’où les valeurs à connaître : C\ce{C} quatre liaisons et aucun doublet non liant, N\ce{N} trois liaisons et un doublet, O\ce{O} deux liaisons et deux doublets, F\ce{F} et Cl\ce{Cl} une liaison et trois doublets, H\ce{H} une liaison.

Remarque. nvn_v se lit sur la colonne, jamais sur la période : le phosphore (Z=15Z=15, période 3, colonne 15) a nv=5n_v=5 comme l’azote, et non 33. La période ne renseigne que sur la taille de l’atome et sur la possibilité d’un octet étendu.

Remarque. Aucune structure électronique quantique n’est au programme de MPSI : ni nombres quantiques, ni orbitales, ni configuration électronique à établir ; tout se lit dans le tableau périodique.

Définition. Une liaison covalente localisée entre deux atomes A\ce{A} et B\ce{B} est la mise en commun d’un doublet liant, formé de deux électrons et localisé entre les deux noyaux ; on la représente par un trait A−B\ce{A-B}. Les électrons de valence qui ne participent à aucune liaison s’apparient en doublets non liants, également figurés par un trait. La longueur de liaison dd est la distance d’équilibre entre les noyaux ; l’énergie de liaison DA−BD_{\ce{A-B}} est l’énergie à fournir pour rompre une mole de liaisons à l’état gazeux, A−B(g)→A(g)+B(g)\ce{A-B(g) -> A(g) + B(g)}. Elle est positive : rompre une liaison coûte toujours de l’énergie.

LiaisonH−H\ce{H-H}C−H\ce{C-H}O−H\ce{O-H}C−C\ce{C-C}C=C\ce{C=C}C≡C\ce{C#C}C=O\ce{C=O}N≡N\ce{N#N}I−I\ce{I-I}
dd (pm{\mathrm{pm}})74741091099696154154134134120120122122110110267267
DD (kJ⋅mol−1{\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}})436436415415463463345345615615835835745745945945151151

Propriété — ordres de grandeur à citer. Une longueur de liaison covalente vaut de 70 à 270 pm{\mathrm{pm}}, soit une centaine de pm{\mathrm{pm}} ; une énergie de liaison covalente vaut quelques centaines de kJ⋅mol−1{\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} (de 150 à 500 pour les liaisons simples usuelles). À ordre de liaison croissant entre deux mêmes atomes, la liaison raccourcit et se renforce ; dans une colonne, elle s’allonge et s’affaiblit quand l’atome grossit.

2Établir un schéma de Lewis

Méthode — les cinq étapes. Pour une entité de charge algébrique zz (en unités de charge élémentaire) :

  1. Compter les électrons de valence de l’entité : Ne=∑inv(atome i)−zN_e=\sum_i n_v(\text{atome }i)-z. Un anion gagne des électrons, un cation en perd. En déduire le nombre de doublets D=Ne/2D=N_e/2.
  2. Choisir le squelette : l’atome central est le moins électronégatif (jamais l’hydrogène, qui ne fait qu’une liaison) ; les atomes les plus électronégatifs sont périphériques.
  3. Placer une liaison simple par couple d’atomes liés, puis compléter l’octet des atomes périphériques par des doublets non liants.
  4. Placer les doublets restants sur l’atome central. S’il manque des électrons pour compléter son octet, former une ou plusieurs liaisons multiples en déplaçant un doublet non liant d’un atome périphérique.
  5. Calculer les charges formelles et vérifier que leur somme vaut zz.

Définition. La charge formelle d’un atome dans un schéma de Lewis est

 qF=nv−nnl−nℓ \boxed{\ q_F=n_v-n_{\text{nl}}-n_{\ell}\ }

où nvn_v est son nombre d’électrons de valence à l’état isolé, nnln_{\text{nl}} le nombre d’électrons non liants qu’il porte (deux par doublet non liant) et nℓn_{\ell} le nombre de liaisons qu’il forme (une liaison double compte pour deux). On la note ⊕\oplus ou ⊖\ominus à côté de l’atome.

Propriété — contrôle indispensable. ∑atomesqF=z\displaystyle\sum_{\text{atomes}}q_F=z : la somme des charges formelles est égale à la charge de l’entité. Un schéma qui ne vérifie pas cette égalité est faux.

Figure 1 — Schémas de Lewis. Doublets non liants en bleu, charges formelles en rose ; pour un ion, la charge globale est portée par le crochet, les charges formelles par les atomes.

Exemplel’ion nitrate NOX3X−\ce{NO3^-}

Ne=5+3×6−(−1)=24N_e=5+3\times 6-(-1)=24 électrons, soit D=12D=12 doublets. L’azote, moins électronégatif, est central. Trois liaisons simples (3 doublets) puis complétion des octets des trois oxygènes (3×3=93\times 3=9 doublets) épuisent les 12 doublets, mais l’azote n’a alors que 6 électrons : on forme une double liaison avec un oxygène. Charges formelles : qF(N)=5−0−4=+1q_F(\ce{N})=5-0-4=+1, qF=6−4−2=0q_F=6-4-2=0 pour l’oxygène doublement lié, qF=6−6−1=−1q_F=6-6-1=-1 pour chacun des deux autres ; somme +1−2=−1=z+1-2=-1=z. Schéma validé.

3Règle de l’octet et ses écarts

Théorème — règle de l’octet. Dans un schéma de Lewis, un atome tend à s’entourer de huit électrons de valence (quatre doublets, liants ou non), configuration de l’élément de la colonne 18 de sa période. L’hydrogène et l’hélium obéissent à la règle du duet (deux électrons).

Propriété — les trois écarts à connaître. La règle de l’octet est un modèle, pas une loi. Ses écarts sont de trois types.

  • Octet incomplet (lacune électronique) : Be\ce{Be} (4 électrons dans BeClX2\ce{BeCl2}), B\ce{B} et Al\ce{Al} (6 électrons dans BFX3\ce{BF3}, AlClX3\ce{AlCl3}). Ces entités sont de bons accepteurs de doublet.
  • Octet étendu (hypervalence) : réservé aux éléments de la période 3 ou au-delà (Si\ce{Si}, P\ce{P}, S\ce{S}, Cl\ce{Cl}, Br\ce{Br}, I\ce{I}, Xe\ce{Xe}), plus gros et capables de s’entourer de 10 ou 12 électrons : PClX5\ce{PCl5} (10), SFX6\ce{SF6} (12), SOX2\ce{SO2}, HX2SOX4\ce{H2SO4}, HX3POX4\ce{H3PO4}.
  • Nombre impair d’électrons : un électron reste célibataire, l’entité est un radical, très réactif : NO\ce{NO} (11 électrons de valence), NOX2\ce{NO2} (17).

Remarque — la période 2 ne déroge jamais par excès. C\ce{C}, N\ce{N}, O\ce{O}, F\ce{F} ne dépassent jamais l’octet : un schéma où l’azote fait cinq liaisons, ou l’oxygène trois liaisons et deux doublets, est faux. Dans HNOX3\ce{HNO3} l’azote fait quatre liaisons et porte qF=+1q_F=+1.

Figure 2 — Les trois types d’écarts à la règle de l’octet. L’électron célibataire de NO\ce{NO} est figuré par un point.

4Géométrie des entités

Propriété — géométrie et minimisation d’énergie. Les doublets de la couche de valence de l’atome central sont des zones de forte densité électronique : ils se repoussent mutuellement. La géométrie observée est celle qui minimise l’énergie de l’entité, c’est-à-dire celle qui écarte le plus possible ces doublets les uns des autres. On retrouve ainsi les dispositions les plus symétriques compatibles avec le nombre de doublets portés par l’atome central.

AttentionCe qui est exigible en MPSI

En MPSI, la géométrie d’une entité est donnée : elle est fournie par l’énoncé ou par l’expérience. On n’attend pas la mise en œuvre d’une méthode de prévision de type VSEPR, seulement l’association qualitative entre la géométrie observée et la minimisation de l’énergie. En revanche, savoir exploiter une géométrie donnée — en particulier pour conclure sur la polarité — est pleinement exigible.

Géométrie donnéeAngleExemplesPolaire ?
linéaire180∘{180^{\circ}}COX2\ce{CO2}, HCN\ce{HCN}, BeClX2\ce{BeCl2}, CX2HX2\ce{C2H2}selon la symétrie
triangulaire plane120∘{120^{\circ}}BFX3\ce{BF3}, SOX3\ce{SO3}, HX2CO\ce{H2CO}, COX3X2−\ce{CO3^2-}BFX3\ce{BF3}, SOX3\ce{SO3} : non
coudée104,5∘{104{,}5^{\circ}} à 120∘{120^{\circ}}HX2O\ce{H2O}, HX2S\ce{H2S}, SOX2\ce{SO2}, OX3\ce{O3}oui
tétraédrique109,5∘{109{,}5^{\circ}}CHX4\ce{CH4}, CClX4\ce{CCl4}, NHX4X+\ce{NH4^+}, SOX4X2−\ce{SO4^2-}non si les 4 sommets sont identiques
pyramidale à base triangulaire≈\approx 107∘{107^{\circ}}NHX3\ce{NH3}, PClX3\ce{PCl3}, HX3OX+\ce{H3O^+}oui
bipyramidale / octaédrique90∘{90^{\circ}}, 120∘{120^{\circ}}PClX5\ce{PCl5}, SFX6\ce{SF6}non

Notation. La représentation de Cram traduit la géométrie dans le plan de la feuille : un trait plein pour une liaison dans le plan, un triangle plein pour une liaison vers l’avant, un trait hachuré ou pointillé pour une liaison vers l’arrière.

Figure 3 — Représentation de Cram et composition vectorielle des moments dipolaires de liaison dans l’eau (convention p⃗\vv{p} orienté du pôle −- vers le pôle ++).

5Électronégativité, liaison polarisée, moment dipolaire

Définition. L’électronégativité χ\chi d’un élément mesure son aptitude à attirer vers lui le doublet d’une liaison covalente qu’il forme. C’est un nombre sans dimension ; l’échelle la plus employée est celle de Pauling.

Propriété — évolution dans le tableau. χ\chi croît de gauche à droite le long d’une période et décroît de haut en bas le long d’une colonne. Le fluor est l’élément le plus électronégatif (χ=3,98\chi=3{,}98), les alcalins les moins électronégatifs. Retenir : χ(F)>χ(O)>χ(N)≈χ(Cl)>χ(C)≈χ(S)>χ(H)>χ(meˊtaux)\chi(\ce{F})>\chi(\ce{O})>\chi(\ce{N})\approx\chi(\ce{Cl})>\chi(\ce{C})\approx\chi(\ce{S})>\chi(\ce{H})>\chi(\text{métaux}).

Notation. Valeurs de Pauling à retenir : Na\ce{Na} 0,930{,}93 ; Mg\ce{Mg} 1,311{,}31 ; Al\ce{Al} 1,611{,}61 ; P\ce{P} 2,192{,}19 ; H\ce{H} 2,202{,}20 ; C\ce{C} 2,552{,}55 ; S\ce{S} 2,582{,}58 ; I\ce{I} 2,662{,}66 ; Br\ce{Br} 2,962{,}96 ; N\ce{N} 3,043{,}04 ; Cl\ce{Cl} 3,163{,}16 ; O\ce{O} 3,443{,}44 ; F\ce{F} 3,983{,}98.

Définition. Une liaison A−B\ce{A-B} est polarisée lorsque χ(A)≠χ(B)\chi(\ce{A})\neq\chi(\ce{B}) : le doublet liant est déplacé vers l’atome le plus électronégatif, qui porte une charge partielle −δe-\delta e, l’autre portant +δe+\delta e (avec 0<δ<10<\delta<1 et e=1,602×10−19 Ce={1{,}602\times10^{-19}\,\mathrm{C}}). On la modélise par un dipôle électrostatique de moment dipolaire

 p⃗=δ e d⃗ \boxed{\ \vv{p}=\delta\,e\,\vv{d}\ }

où d⃗\vv{d} est le vecteur qui va de l’atome δ−\delta^- vers l’atome δ+\delta^+ et dd la longueur de la liaison.

AttentionConvention d’orientation

On adopte dans tout ce chapitre la convention de l’électrostatique : p⃗\vv{p} est orienté du pôle −- vers le pôle ++, comme pour le dipôle p⃗=qNP⃗\vv{p}=q\vv{NP}. Certains ouvrages de chimie fléchent au contraire du δ+\delta^+ vers le δ−\delta^-. Le contenu physique — existence, norme, axe — est le même ; seule l’orientation du dessin change. Il faut donc toujours préciser la convention retenue.

Propriété — pourcentage ionique. δ\delta se mesure : δ=pe d\delta=\dfrac{p}{e\,d}, et l’on appelle pourcentage ionique la quantité 100 δ100\,\delta. Repères : Δχ<0,4\Delta\chi<0{,}4, liaison quasi apolaire ; 0,4<Δχ<1,70{,}4<\Delta\chi<1{,}7, liaison polarisée ; Δχ>1,7\Delta\chi>1{,}7, caractère ionique dominant. Le moment dipolaire s’exprime en debye : 1 debye=3,336×10−30 C⋅m{1\,\mathrm{debye}}={3{,}336\times10^{-30}\,\mathrm{C}{\cdot}\mathrm{m}} ; deux charges ±e\pm e distantes de 100 pm{100\,\mathrm{pm}} donnent 4,8 debye{4{,}8\,\mathrm{debye}}.

Théorème — molécule polaire. Le moment dipolaire permanent d’une molécule est la somme vectorielle des moments dipolaires de ses liaisons :

p⃗=∑liaisonsp⃗i.\vv{p}=\sum_{\text{liaisons}}\vv{p}_i .

La molécule est polaire si p⃗≠0⃗\vv{p}\neq\vv{0}, apolaire sinon. Une molécule dont toutes les liaisons sont polarisées peut être apolaire : si la géométrie est suffisamment symétrique, les moments de liaison se compensent. C’est le cas de COX2\ce{CO2} (linéaire symétrique), CClX4\ce{CCl4} et CHX4\ce{CH4} (tétraédriques), BFX3\ce{BF3} et SOX3\ce{SO3} (triangulaires planes), SFX6\ce{SF6} (octaédrique).

Notation. Moments dipolaires en debye{\mathrm{debye}} : HF\ce{HF} 1,831{,}83 ; HCl\ce{HCl} 1,111{,}11 ; HBr\ce{HBr} 0,830{,}83 ; HI\ce{HI} 0,450{,}45 ; HX2O\ce{H2O} 1,851{,}85 ; NHX3\ce{NH3} 1,471{,}47 ; SOX2\ce{SO2} 1,631{,}63 ; CO\ce{CO} 0,110{,}11 ; COX2\ce{CO2}, CClX4\ce{CCl4}, CHX4\ce{CH4}, BFX3\ce{BF3}, SFX6\ce{SF6} : 00.

6Interactions entre entités

Définition. Les interactions de van der Waals sont des interactions attractives de faible portée entre entités électriquement neutres. Leur énergie varie en 1/r61/r^6. On en distingue trois contributions :

  • Keesom : dipôle permanent ↔\leftrightarrow dipôle permanent (entre molécules polaires) ;
  • Debye : dipôle permanent ↔\leftrightarrow dipôle induit (une molécule polaire déforme le nuage électronique d’une voisine) ;
  • London (dispersion) : dipôle instantané ↔\leftrightarrow dipôle induit. Universelle : elle existe même entre entités apolaires, et c’est souvent la contribution dominante.

Propriété — ce qui fait varier London. L’interaction de London croît avec la polarisabilité α\alpha de l’entité, donc avec son nombre d’électrons (dans une famille, avec MM) et avec la surface de contact entre molécules. D’où deux règles : dans une série homologue TeˊbT_{\text{éb}} croît avec MM ; à masse molaire égale, un isomère ramifié, plus compact, bout plus bas qu’un isomère linéaire.

Définition. Une liaison hydrogène est l’interaction A−H⋯B\ce{A-H}\cdots\ce{B} entre un hydrogène porté par un atome A\ce{A} petit et très électronégatif (F\ce{F}, O\ce{O}, N\ce{N}) et un doublet non liant d’un atome B\ce{B} lui aussi très électronégatif (F\ce{F}, O\ce{O}, N\ce{N}). Elle est directionnelle et bien plus forte qu’une interaction de van der Waals.

Figure 4 — Liaison hydrogène entre deux molécules d’eau, et températures d’ébullition des hydrures. La colonne 14, apolaire, suit la seule croissance de London avec MM ; HX2O\ce{H2O} et NHX3\ce{NH3} sont anormalement hauts : signature de la liaison hydrogène.

FormulaireLes ordres de grandeur énergétiques à citer
  • Liaison covalente : 150 {150\,} à 500 kJ⋅mol−1{500\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} (jusqu’à 945945 pour N≡N\ce{N#N}).
  • Liaison hydrogène : 10 {10\,} à 40 kJ⋅mol−1{40\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} (environ 20 kJ⋅mol−1{20\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} pour O−H⋯O\ce{O-H}\cdots\ce{O}).
  • Interactions de van der Waals : 1 {1\,} à 10 kJ⋅mol−1{10\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}.
  • Agitation thermique : RT=2,5 kJ⋅mol−1RT={2{,}5\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} à 298 K{298\,\mathrm{K}} — du même ordre que van der Waals, d’où la volatilité des corps purs apolaires légers.

7Solvants moléculaires

Définition. Un solvant est le constituant très majoritaire d’une solution. On le caractérise par trois grandeurs.

  • Son moment dipolaire pp : il mesure la polarité de la molécule, donc son aptitude à interagir avec des entités chargées ou polaires (solvatation).
  • Sa permittivité relative εr\varepsilon_r (sans dimension) : dans un milieu de permittivité relative εr\varepsilon_r, la force de Coulomb entre deux ions est divisée par εr\varepsilon_r. Un solvant de εr\varepsilon_r élevée dissocie les paires d’ions.
  • Son caractère protogène : un solvant est protique s’il possède un atome d’hydrogène lié à O\ce{O}, N\ce{N} ou F\ce{F} — il peut alors donner une liaison hydrogène ; il est aprotique sinon.
SolvanteauéthanolacétoneDMSOdichloro-méthanebenzènecyclo-hexane
pp (debye{\mathrm{debye}})1,851{,}851,691{,}692,882{,}883,963{,}961,601{,}600000
εr\varepsilon_r78,478{,}424,524{,}520,720{,}746,746{,}78,98{,}92,32{,}32,02{,}0

Notation. Eau et alcools sont polaires protiques ; acétone, DMSO, DMF et acétonitrile polaires aprotiques ; le dichlorométhane est peu polaire et aprotique ; benzène, toluène, cyclohexane, hexane et CClX4\ce{CCl4} sont apolaires.

Définition. La dissolution se décompose en trois étapes de pensée : (i) rupture des interactions au sein du soluté (énergie réticulaire pour un solide ionique, van der Waals ou liaisons hydrogène pour un solide moléculaire), coûteuse ; (ii) dispersion des entités ; (iii) solvatation — chaque entité dissoute s’entoure de molécules de solvant, avec lesquelles elle crée de nouvelles interactions, libératrices d’énergie. Dans l’eau on parle d’hydratation.

Propriété — le bilan décide. La dissolution est d’autant plus favorable que l’énergie libérée par la solvatation compense l’énergie dépensée à la rupture. D’où « qui se ressemble se dissout » : un soluté polaire ou ionique se dissout dans un solvant polaire de εr\varepsilon_r élevée, un soluté apolaire dans un solvant apolaire. Deux solvants sont miscibles lorsqu’ils développent entre eux des interactions comparables à celles qu’ils développaient chacun avec lui-même (eau et éthanol, tous deux protiques), et non miscibles sinon (eau et cyclohexane).

Exempledissolution du chlorure de sodium

Détruire le cristal coûte l’énergie réticulaire, 788 kJ⋅mol−1{788\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} ; hydrater les ions libère −406-406 et −378 kJ⋅mol−1{-378\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}. Le bilan, 788−406−378=+4 kJ⋅mol−1788-406-378={+4\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}, est minuscule devant chacun des termes : c’est cette quasi-compensation de deux très grands nombres qui rend NaCl\ce{NaCl} très soluble (s=6,1 mol⋅L−1s={6{,}1\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}), et c’est pourquoi tout change d’un sel à l’autre.

Définition. La solubilité ss d’une espèce dans un solvant, à température donnée, est la quantité maximale dissoluble par litre de solution ; au-delà la solution est saturée. Elle s’exprime en mol⋅L−1{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}} ou en g⋅L−1{\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}.

Propriété — rôle de εr\varepsilon_r, quantitativement. Deux ions ±e\pm e distants de rr dans un milieu de permittivité relative εr\varepsilon_r ont une énergie d’interaction E=−e2/(4πε0εrr)\mathcal{E}=-e^2/(4\pi\varepsilon_0\varepsilon_r r), soit, par mole de paires et pour r=276 pmr={276\,\mathrm{pm}} (paire NaX+\ce{Na+} / ClX−\ce{Cl-}) : −503 kJ⋅mol−1{-503\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} dans le vide, −6,4 kJ⋅mol−1{-6{,}4\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} dans l’eau (εr=78,4\varepsilon_r=78{,}4) — l’agitation thermique (RT=2,5 kJ⋅mol−1RT={2{,}5\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}) suffit alors à séparer les ions —, mais encore −250 kJ⋅mol−1{-250\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} dans le cyclohexane (εr=2,0\varepsilon_r=2{,}0), où les ions restent appariés et le sel insoluble.

8Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Lire nvn_v sur la colonne du tableau périodique ; en déduire le nombre usuel de liaisons et de doublets non liants ; citer les ordres de grandeur des longueurs (100 pm{100\,\mathrm{pm}}) et des énergies (quelques centaines de kJ⋅mol−1{\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}) de liaison.
  • Établir le schéma de Lewis d’une molécule ou d’un ion des blocs s et p, calculer les charges formelles et contrôler leur somme ; identifier et nommer un écart à la règle de l’octet.
  • Comparer deux électronégativités par les positions dans le tableau ; prévoir la polarisation d’une liaison et placer δ+\delta^+ et δ−\delta^- ; calculer δ\delta à partir de pp et dd, et réciproquement.
  • À partir d’une géométrie donnée, construire la somme vectorielle des moments de liaison, conclure sur le caractère polaire ou apolaire, et donner direction et sens de p⃗\vv{p}.
  • Identifier les interactions entre deux entités données et citer leurs ordres de grandeur énergétiques.
  • Interpréter l’évolution d’une série de températures de changement d’état (masse molaire, ramification, liaison hydrogène).
  • Classer un solvant (polaire protique, polaire aprotique, apolaire) à partir de pp, εr\varepsilon_r et de sa formule ; en déduire miscibilité et pouvoir solvant ; interpréter une solubilité par un bilan rupture / solvatation.
Pièges
  • Lire nvn_v sur la période ; oublier d’ajouter (anion) ou de retrancher (cation) les charges dans Ne=∑nv−zN_e=\sum n_v-z ; omettre les charges formelles ou les confondre avec la charge globale de l’ion.
  • Faire déroger un élément de la période 2 à l’octet par excès (N\ce{N} ne fait jamais cinq liaisons) ; à l’inverse, refuser l’octet étendu à P\ce{P} et S\ce{S}, ou la lacune à B\ce{B}.
  • Conclure « molécule polaire » dès qu’une liaison est polarisée : COX2\ce{CO2}, CClX4\ce{CCl4}, BFX3\ce{BF3}, SFX6\ce{SF6} ont des liaisons polarisées et p⃗=0⃗\vv{p}=\vv{0}.
  • Additionner les moments de liaison comme des nombres : ce sont des vecteurs, et la géométrie donnée sert à les projeter. Ne pas préciser la convention d’orientation de p⃗\vv{p}, ou en changer en route.
  • Confondre la liaison hydrogène (20 kJ⋅mol−1{20\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}) et la liaison covalente O−H\ce{O-H} (463 kJ⋅mol−1{463\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}) ; invoquer une liaison hydrogène sans donneur (il faut un H\ce{H} porté par N\ce{N}, O\ce{O} ou F\ce{F} : l’acétone en accepte, n’en donne pas).
  • Confondre polarité et polarisabilité : IX2\ce{I2} est apolaire et très polarisable.
  • Expliquer une solubilité par la seule polarité, en oubliant le coût de la rupture ou l’apport de la solvatation.
  • Parler d’orbitales, d’hybridation ou de mésomérie : hors programme en MPSI, de même que la méthode VSEPR, la géométrie étant donnée.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

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Exercices de base

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Les bases : électrons de valence, schéma de Lewis, polarité, interactions, solvants

12 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Électrons de valence et tableau périodiqueDifficulté 1 sur 3
  2. Schémas de Lewis de molécules simplesDifficulté 1 sur 3
  3. Ions polyatomiques et charges formellesDifficulté 2 sur 3
  4. Les écarts à la règle de l’octetDifficulté 2 sur 3
  5. Longueurs et énergies de liaisonDifficulté 1 sur 3
  6. Électronégativité et polarisation des liaisonsDifficulté 1 sur 3
  7. Géométrie donnée et molécule polaireDifficulté 2 sur 3
  8. Charge partielle et pourcentage ioniqueDifficulté 2 sur 3
  9. Reconnaître les interactions entre entitésDifficulté 1 sur 3
  10. Températures d’ébullitionDifficulté 2 sur 3
  11. Classer des solvantsDifficulté 1 sur 3
  12. Dissolution et solvatationDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Application : octet étendu, additivité des moments dipolaires, cohésion, solvatation et extraction

9 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 h 30calculatrice autorisée

  1. Soufre et phosphore : l’octet étenduDifficulté 2 sur 3
  2. Additivité des moments dipolaires : les dichlorobenzènesDifficulté 2 sur 3
  3. Additivité des moments dipolaires : les chlorométhanesDifficulté 2 sur 3
  4. Estimer un bilan de réaction par les énergies de liaisonDifficulté 2 sur 3
  5. Cohésion des dihalogènes et des alcoolsDifficulté 2 sur 3
  6. Jusqu’où deux ions se voient-ils dans un solvant ?Difficulté 2 sur 3
  7. Bilan de dissolution d’une famille de selsDifficulté 2 sur 3
  8. Extraire le diiode : optimiser une extractionDifficulté 2 sur 3
  9. Moment dipolaire résultant : capacité numériqueDifficulté 2 sur 3
3

Interrogation A

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Schéma de Lewis, écarts à l’octet, polarité d’une géométrie donnée, interactions et solubilité

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Autour du soufre7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Choisir un solvant7 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Interrogation B

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Entités azotées et phosphorées, additivité des moments dipolaires, cohésion et extraction

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Azote et phosphore7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Des interactions à l’extraction7 ptsDifficulté 2 sur 3
5

Approfondissement

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Symétrie et apolarité, charges formelles, chaîne ionique, Keesom, dimérisation, extraction optimale

7 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 3 hcalculatrice autorisée

  1. Symétrie et apolarité : le théorème généralDifficulté 3 sur 3
  2. Charges formelles : démonstration et dénombrementDifficulté 3 sur 3
  3. Une chaîne ionique : la constante de Madelung à une dimensionDifficulté 3 sur 3
  4. D’où vient le 1/r61/r^6 de van der Waals ?Difficulté 3 sur 3
  5. Peser une liaison hydrogène : le dimère de l’acide éthanoïqueDifficulté 3 sur 3
  6. L’extraction optimaleDifficulté 3 sur 3
  7. Aux limites de l’octet : entités hypervalentesDifficulté 3 sur 3
6

DS type concours

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Le diiode : du schéma de Lewis au cristal, du cristal au flacon d’extraction

Durée : 3 hcalculatrice autorisée3 parties27 questionsbarème indicatif sur 20

7

Planche de colle

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Une question de cours et quatre exercices d’oral

1 question de cours4 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 3 sur 3environ 20 min{20\,\mathrm{min}} par exercice

  1. Question de coursDifficulté 1 sur 3
  2. Une famille d’ions oxygénésDifficulté 1 sur 3
  3. Les chlorométhanesDifficulté 2 sur 3
  4. Pourquoi l’eau est-elle liquide ?Difficulté 2 sur 3
  5. Dissoudre un sel : étude littéraleDifficulté 3 sur 3

Prépa · Physique-chimie : les 26 chapitres

  1. Mesures et incertitudes
  2. Optique géométrique
  3. Circuits dans l’ARQS
  4. Circuits du premier ordre
  5. Oscillateurs libres et forcés
  6. Filtrage linéaire
  7. Propagation et interférences
  8. Cinématique du point
  9. Lois de Newton
  10. Énergétique du point
  11. Particules chargées
  12. Transformations de la matière
  13. Cinétique chimique
  14. Structure des entités chimiques
  15. Moment cinétique et forces centrales
  16. Mouvement d’un solide
  17. Système thermodynamique
  18. Premier principe
  19. Deuxième principe
  20. Machines thermiques
  21. Champ magnétique et forces de Laplace
  22. Induction
  23. Physique quantique
  24. Solides cristallins
  25. Acide-base et précipitation
  26. Oxydo-réduction et diagrammes E-pH