🧲 Électronégativité et polarité des molécules
Dans une liaison, les électrons ne sont pas toujours partagés équitablement : l'atome le plus électronégatif tire la couverture à lui ! Fais tourner l'eau, le dioxyde de carbone ou le dichlorométhane en 3D, additionne les vecteurs de leurs liaisons, plonge-les dans un champ électrique… et approche une règle électrisée d'un filet d'eau pour voir la polarité de tes propres yeux.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Dans une liaison entre deux atomes différents, l'atome le plus électronégatif porte une charge partielle δ− et l'autre une charge δ+. Plus la différence d'électronégativité Δχ est grande, plus la liaison est polarisée.
- Chaque liaison polarisée porte un moment dipolaire p (en violet), orienté de δ− vers δ+. Le moment dipolaire de la molécule (en orange) est la somme vectorielle de ceux des liaisons : l'encart montre les vecteurs mis bout à bout.
- Dans CO2, BF3 ou CCl4, les liaisons sont polarisées mais la molécule est si symétrique que les vecteurs se compensent : la molécule est apolaire. Dans H2O, coudée, ils s'ajoutent : l'eau est polaire.
- Dans un champ électrique, une molécule polaire tourne jusqu'à aligner son p sur E : son pôle δ+ se tourne vers la plaque négative. Une molécule apolaire ne prend aucune orientation privilégiée.
- Un filet d'eau est attiré par une règle électrisée, qu'elle soit chargée + ou −. Un filet de tétrachlorométhane (apolaire) passe sans être dévié.
Expériences à faire
- CO2 et H2O ont toutes deux deux liaisons polarisées : pourquoi l'une est-elle polaire et l'autre non ?
- Compare CH4, CH2Cl2 et CCl4 : lesquelles sont polaires ? Le dessin de la somme des vecteurs t'aide-t-il à comprendre ?
- Approche la règle chargée négativement, puis positivement, d'un filet d'eau : dans quel sens le filet est-il dévié chaque fois ? Pourquoi ?
- La liaison H–Cl est-elle plus ou moins polarisée que la liaison O–H ? Vérifie avec l'échelle de Pauling.
- Choisis ✏️ Ma molécule (géométrie coudée) et ouvre l'angle X–A–X jusqu'à 180° : la molécule reste-t-elle polaire ? Remplace ensuite un atome X par un atome Y d'électronégativité différente : que devient p ?
La chimie derrière l'animation
- L'électronégativité χ mesure la capacité d'un atome à attirer vers lui les électrons d'une liaison. Échelle de Pauling : H 2,20 ; B 2,04 ; C 2,55 ; N 3,04 ; Cl 3,16 ; O 3,44 ; F 3,98 (elle augmente de gauche à droite et de bas en haut dans le tableau périodique).
- Une liaison A–B est dite polarisée si Δχ = |χ(A) − χ(B)| ≥ 0,4 (convention du lycée) : l'atome le plus électronégatif porte δ−, l'autre δ+. Avec Δχ = 0,35, la liaison C–H est considérée comme non polarisée.
- Une molécule est polaire si les barycentres des charges partielles positives et négatives ne coïncident pas, c'est-à-dire si la somme des moments dipolaires de liaison n'est pas nulle. Le moment dipolaire p est orienté du pôle − vers le pôle +, et se mesure en debye : 1 D ≈ 3,34 × 10−30 C·m (eau : 1,85 D).
- Dans un champ électrique uniforme, un dipôle subit un couple de moment Γ = p ∧ E qui l'aligne sur le champ ; dans un champ non uniforme (près d'une règle chargée), il est en plus attiré vers les zones de champ intense, quel que soit le signe de la charge.
- Modèle de la simulation : géométries et moments dipolaires mesurés réels, mais longueur des vecteurs de liaison simplement proportionnelle à Δχ (sans tenir compte des doublets non liants) ; pour ✏️ Ma molécule, le moment dipolaire est seulement estimé avec ce modèle, calé sur l'eau (1,85 D). La déviation du filet est qualitative : dans la réalité, elle est aussi amplifiée par des charges portées par le filet.
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