Liaison chimique et orbitales moléculaires
La liaison chimique décrit comment les électrons partagés maintiennent les atomes ensemble dans les molécules, et la théorie des orbitales moléculaires l'explique en combinant les orbitales atomiques en orbitales moléculaires délocalisées.
Definition
La liaison chimique est l'interaction attractive nette qui maintient les atomes ensemble dans une molécule, résultant quantiquement de l'abaissement de l'énergie électronique lorsque les électrons sont partagés ; une orbitale moléculaire est une fonction d'onde à un électron s'étendant sur toute la molécule, généralement construite comme une combinaison linéaire d'orbitales atomiques.
Scope
Ce sujet aborde la description quantique de la liaison chimique : l'ion-molécule d'hydrogène et la molécule d'hydrogène comme prototypes, la construction des orbitales moléculaires liantes et antiliantes par combinaison linéaire d'orbitales atomiques, l'ordre de liaison et sa relation avec la stabilité, ainsi que la description complémentaire de la liaison de valence avec l'hybridation. Il explique la liaison covalente, le partage d'électrons et les tendances de la force de liaison et du magnétisme à travers les molécules diatomiques.
Core questions
- Pourquoi le partage d'électrons abaisse-t-il l'énergie de deux atomes et forme-t-il une liaison ?
- Comment les orbitales moléculaires sont-elles construites à partir d'orbitales atomiques ?
- Qu'est-ce qui distingue les orbitales liantes des orbitales antiliantes, et qu'est-ce que l'ordre de liaison ?
- Comment les descriptions par orbitales moléculaires et par liaison de valence sont-elles liées ?
Key concepts
- Liaison covalente et partage d'électrons
- Orbitales liantes et antiliantes
- Combinaison linéaire d'orbitales atomiques
- Ordre de liaison
- Interaction d'échange
- Hybridation et résonance
Key theories
- Théorie des orbitales moléculaires (CLOA)
- La combinaison en phase d'orbitales atomiques donne une orbitale moléculaire liante avec une densité électronique accrue entre les noyaux, tandis que la combinaison hors phase donne une orbitale antiliante de plus haute énergie avec un nœud ; le remplissage de celles-ci détermine l'ordre de liaison et la stabilité moléculaire.
- Théorie de la liaison de valence et la liaison covalente
- Heitler et London ont montré de manière quantique que deux atomes d'hydrogène se lient par une interaction d'échange de leurs électrons, ce qui constitue la base de la description de la liaison de valence, étendue plus tard par Pauling avec l'hybridation et la résonance.
Clinical relevance
Les théories des orbitales moléculaires et de la liaison de valence expliquent et prédisent la géométrie, la stabilité, la réactivité et les propriétés magnétiques et optiques des molécules, fournissant le langage conceptuel de la chimie et la base des méthodes computationnelles utilisées dans la découverte de médicaments et la conception de matériaux.
History
Le traitement de la molécule d'hydrogène par Heitler et London en 1927 fut la première explication quantique de la liaison covalente. Mulliken et Hund ont développé l'approche des orbitales moléculaires en parallèle, et l'ouvrage de Pauling de 1939, The Nature of the Chemical Bond, a synthétisé les idées de la liaison de valence avec l'hybridation et l'électronégativité dans un cadre qui a transformé la chimie.
Key figures
- Walter Heitler
- Fritz London
- Robert Mulliken
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- heitler1927
- pauling1939
- atkins2011
Frequently asked questions
- Qu'est-ce que l'ordre de liaison ?
- L'ordre de liaison est la moitié de la différence entre le nombre d'électrons dans les orbitales moléculaires liantes et antiliantes. Un ordre de liaison plus élevé correspond à une liaison plus forte et plus courte ; un ordre de liaison de zéro signifie qu'aucune liaison stable ne se forme, comme c'est le cas pour deux atomes d'hélium.
- Pourquoi l'oxygène moléculaire est-il paramagnétique ?
- La théorie des orbitales moléculaires place les deux électrons les plus énergétiques de O₂ dans des orbitales antiliantes dégénérées distinctes avec des spins parallèles, laissant deux électrons non appariés. Cela rend O₂ paramagnétique, un résultat que la description simple de la liaison de valence ne prédit pas naturellement.