🧪 Les molécules en 3D (méthode VSEPR)
Sur le papier, une molécule d'eau est toute plate. En vrai, elle vit en 3D, et sa forme n'a rien d'un hasard : les doublets d'électrons autour de l'atome central se repoussent et s'écartent le plus possible, comme des ballons de baudruche attachés ensemble. Attrape les molécules, fais-les tourner dans tous les sens et perce le secret de leurs angles !
🧪 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
- Autour de l'atome central, les doublets d'électrons (liants et non liants) se repoussent et s'éloignent au maximum les uns des autres : c'est le principe de la méthode VSEPR (répulsion des paires électroniques de la couche de valence).
- Quatre doublets autour de l'atome central donnent un tétraèdre : 109,5° dans CH4. Dans NH3 et H2O, un ou deux de ces doublets sont non liants : ils repoussent plus fort et resserrent les angles à 107°, puis à 104,5°.
- Une liaison double ou triple compte comme un seul « domaine » : CO2 et C2H2 sont linéaires (180°), BF3 est triangulaire plane (120°), C2H4 est plane.
- PCl5 (cinq doublets) forme une bipyramide à base triangulaire, avec des angles de 90° et de 120° ; SF6 (six doublets) forme un octaèdre où tous les angles valent 90°.
- Le modèle compact montre la vraie taille des atomes (rayons de van der Waals) : les atomes se chevauchent et la molécule ressemble à un petit nuage bosselé.
Expériences à faire
- Pourquoi l'angle de H2O (104,5°) est-il plus petit que celui de CH4 (109,5°), alors que l'oxygène est lui aussi entouré de quatre doublets ?
- Fais tourner NH3 : vue de dessus, la molécule ressemble à un triangle ; de profil, à une pyramide. Où se cache le doublet non liant ?
- CO2 et H2O comptent toutes les deux trois atomes : pourquoi l'une est-elle linéaire et l'autre coudée ? Laquelle est polaire ?
- Trouve une orientation de SF6 où l'on ne voit que cinq atomes de fluor. Où est passé le sixième ?
- Choisis « ✏️ Ma molécule » et construis XeF4 (A = Xe, X = F, n = 4, m = 2), puis SF4 (A = S, n = 4, m = 1) : quelles géométries obtiens-tu ?
La chimie derrière l'animation
- Notation VSEPR AXnEm : A est l'atome central, n le nombre d'atomes X liés à A, m le nombre de doublets non liants E portés par A. La géométrie dépend de n + m.
- n + m = 2 : linéaire (180°) ; n + m = 3 : triangulaire plane (120°) ; n + m = 4 : tétraédrique (109,5°) ; n + m = 5 : bipyramide à base triangulaire (90° et 120°) ; n + m = 6 : octaédrique (90°).
- Les doublets non liants prennent plus de place que les doublets liants : AX4 (CH4, tétraédrique, 109,5°), AX3E (NH3, pyramidale, 107°), AX2E2 (H2O, coudée, 104,5°).
- Une liaison multiple compte comme un seul domaine électronique : O=C=O est de type AX2, donc linéaire ; chaque carbone de H2C=CH2 est de type AX3, donc la molécule est plane.
- Une molécule est polaire si les polarités de ses liaisons ne se compensent pas : H2O et NH3 sont polaires ; CO2, BF3, CH4 et SF6 ne le sont pas, grâce à leur symétrie. Les longueurs de liaison et les angles du dessin sont les valeurs réelles (pour « ✏️ Ma molécule » : les angles idéaux du modèle VSEPR).
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