Liaison covalente - Définition
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Liaison covalente et électronégativité
La liaison covalente se produit le plus fréquemment entre des atomes d'électronégativités semblables. La différence de niveau d'énergie entre les deux atomes n'est pas suffisante pour produire le transfert d'électrons d'un atome vers l'autre. Cependant, la répartition des électrons dans une liaison covalente entre atomes différents ne sera pas exactement symétrique. En effet, le point de gravité sera déplacé vers l'atome le plus électronégatif : la liaison covalente est polarisée. La direction de la polarisation est donnée par des charges partielles (Δ+ pour l'atome le moins électronégatif et Δ- pour le plus électronégatif). Plus la différence d'électronégativité est grande entre les atomes, plus les charges partielles sont élevées : la liaison est polarisée et a un caractère « ionique ». Les liaisons covalentes sont plus communes entre non-métaux, tandis que la liaison ionique est plus fréquente lorsqu'un ou chacun des deux atomes est un métal.
Dans une liaison comme H-Cl, les électrons ne sont pas rigoureusement au centre de la liaison. En effet, le noyau du chlore (Z = 17) contient 17 protons tandis que l'hydrogène (Z = 1) n'en contient qu'un seul. Par conséquent, des électrons de valence placés entre les deux noyaux seront plus attirés par le noyau du chlore que par le noyau de l'hydrogène.
L'électronégativité est ainsi une grandeur servant à décrire par quel atome les électrons seront le plus attirés.
L'ordre de liaison
La différence entre le nombre de paires d'électrons contenues dans des orbitales liantes et anti-liantes détermine l'ordre de la liaison.
Par exemple, dans une molécule diatomique, il y a une liaison simple qui se forme s'il y a un excès de deux électrons dans les orbitales liantes (H2), une liaison double si quatre électrons sont en excès (O2) et une liaison triple si cet excès est de six électrons (N2). Les liaisons triples sont relativement rares dans la nature ; on en trouve par exemple dans le monoxyde de carbone CO.
L'ordre de liaison n'a pas besoin d'être un nombre entier et les liaisons peuvent être délocalisées sur plus de deux atomes. Par exemple, dans le benzène, l'ordre de liaison entre deux atomes de carbone adjacent est de 3/2. Les électrons des orbitales liantes sont répartis uniformément sur chacun des 6 atomes de carbone : c'est la résonance. D'autres exemples sont les anions dérivés du dioxygène O2 : l'ajout d'électrons dans des orbitales π* antiliantes fait passer l'ordre de liaison de 2 à 3/2 pour le superoxyde O2- et à 1 pour le peroxyde O22-.
Les longueurs et les énergies de dissociation des liaisons sont inversement proportionnelles à l'ordre de liaison : plus l'ordre de liaison est élevé, plus cette liaison est courte et forte.
Lorsque les électrons sont délocalisés sur de nombreux atomes, on a une liaison métallique.
Cas de la molécule de dihydrogène
Il y a une variation de l'énergie potentielle du système lors du rapprochement de deux atomes d'hydrogène. L'énergie potentielle relative du système est égale à zéro, lorsque les deux atomes d'hydrogène sont isolés et extrêmement éloignés l'un de l'autre. Cette énergie potentielle nette est l'énergie qui se définit comme étant l'attraction et la répulsion entre des particules chargées qui sont, dans ce cas, les électrons (charge négative) et les protons (charge positive). Il y a une répulsion lorsque deux protons ou encore deux électrons essaient de s'approcher et il y a une attraction lorsqu'un électron et un proton essaient de s'approcher. Puisque naturellement, un système tend à atteindre un état d'énergie minimale, la formation d'une molécule de dihydrogène H2 avec deux atomes d'hydrogène isolés est favorable, puisque cela demande moins d'énergie. Lorsque les noyaux des atomes d'hydrogène se rapprochent l'un de l'autre, l'énergie potentielle diminue jusqu'au moment où la distance entre les noyaux est de 74 pm, ce qui correspond au niveau énergétique minimum du système. Si la distance entre les noyaux des atomes d'hydrogène devient inférieure à 74 pm, l'énergie potentielle augmente à cause des répulsions. Donc, une liaison covalente a des effets au niveau de l'énergie.
