En plus de leurs propriétés uniques, différentes molécules ont des géométries différentes. Vous pouvez utiliser la répulsion des paires d'électrons de la couche de valence aux côtés de la nombre stérique d'une molécule pour déterminer sa structure géométrique. C'est l'une des raisons pour lesquelles comprendre ce qu'est le nombre stérique d'une molécule et comment vous le calculez est crucial pour les étudiants en chimie et pour quiconque cherche à étudier la géométrie moléculaire.
Le processus de recherche du nombre stérique est cependant assez simple, tant que vous pouvez compter les liaisons moléculaires et utiliser la structure de Lewis d'une molécule pour trouver des paires d'électrons isolés.
Qu'est-ce qu'un nombre stérique ?
Le nombre stérique d'une molécule est le nombre d'autres atomes liés à l'atome central de la molécule plus le nombre de paires isolées d'électrons qui lui sont attachées.
Ceci est utilisé pour déterminer géométrie moléculaire parce que les électrons par paires se repoussent, que ces paires soient des électrons de liaison ou des paires isolées non liées à un atome particulier. Parce qu'ils se positionnent de manière à obtenir une séparation maximale, la mesure relativement simple du nombre stérique vous indique la forme globale de la molécule.
Pour une molécule avec un nombre stérique de 2, il y aura une structure linéaire, et pour un nombre stérique de 3, il y aura une structure plane trigonale. En continuant de la même manière, un nombre stérique de 4 conduit à une structure tétraédrique, 5 donne une structure bipyramidale trigonale et un nombre stérique de 6 conduit à une structure octaédrique.
Formule du nombre stérique
La formule du nombre stérique peut être écrite directement sur la base de la définition donnée ci-dessus, comme :
Numéro stérique = (nombre d'atomes liés à l'atome central) + (nombre de paires isolées d'électrons sur l'atome central)
Le défi du calcul du nombre stérique est donc moins celui du calcul réel que celui du en regardant la structure de la molécule en termes de liaison des électrons et en trouvant les deux nombres que vous besoin. C'est assez facile à faire si vous regardez la structure de Lewis de la molécule et comprenez comment trouver une paire d'électrons isolés.
Structure de Lewis et paires solitaires
La structure de Lewis d'une molécule est une représentation des électrons dans la couche de valence pour les atomes de la molécule, généralement représentés par des points entourant les atomes, qui sont représentés par leurs symboles standard (par exemple, O pour l'oxygène, C pour le carbone, H pour l'hydrogène et Cl pour chlore).
Tout d'abord, dessinez les atomes et leurs liaisons selon la formule moléculaire et/ou ce que vous savez déjà sur la molécule. Par exemple, l'eau (H2O) est représenté par un atome O central, avec deux atomes H reliés par une simple liaison (ligne droite individuelle) de chaque côté de celui-ci.
Remplissez les électrons restants dans la couche de valence (c'est-à-dire ceux disponibles pour la liaison qui ne font pas actuellement partie d'une liaison). Pour l'oxygène, il y a six électrons de valence, et deux d'entre eux sont impliqués dans les liaisons avec les atomes d'hydrogène, laissant quatre électrons de valence à remplir. Dessinez deux paires de points autour du symbole O pour compléter le diagramme.
Les paires isolées pour l'oxygène sont ces deux paires d'électrons non impliquées dans la liaison moléculaire. Bien sûr, d'autres situations conduisent à différents types de structures de Lewis, et il faudra réfléchir un peu plus dans certains cas.
Par exemple, les électrons ne forment pas de paires à moins qu'il n'y ait pas d'"espaces" disponibles en dehors d'une paire, par ex. dans le carbone, il y a quatre électrons de valence, mais avec huit points au total disponibles, les électrons n'ont pas besoin de former des paires pour s'adapter à la couche et donc ils non.
Calcul d'un nombre stérique
L'utilisation de la formule du nombre stérique est facile une fois que vous avez dessiné la structure de Lewis pour la molécule en question. Regardez l'atome central et comptez chacune des liaisons (même s'il s'agit d'une double ou triple liaison) qui lui est attachée comme une chacune. Ensuite, regardez les points entourant l'atome: y a-t-il des paires qui ne sont pas impliquées dans la liaison? Si c'est le cas, ajoutez un au total pour chaque exemple.
Pour H2O, l'atome d'oxygène central est lié à deux atomes d'hydrogène, et il reste deux paires d'électrons autour de lui. Cela peut être inséré dans la formule du nombre stérique pour trouver le résultat :
\begin{aligné} \text{Nombre stérique} &= \text{(nombre d'atomes liés à l'atome central)} + \text{(nombre de paires isolées d'électrons sur l'atome central)} \\ &= 2 + 2 \\ &= 4 \end{aligné}
Et donc l'eau a une structure tétraédrique, bien qu'une partie de cette structure soit composée des seules paires d'électrons.