VSPER et forme des molécules 1/2

Pourquoi deux molécules de même formule n'ont-elles pas la même forme ?

La formule chimique brute (par exemple CH4, NH3, H2O) ne dit rien de la forme réelle de la molécule dans l'espace. Deux notions complémentaires permettent de la prédire :

• la théorie VSEPR (méthode de Gillespie, aussi appelée théorie de la répulsion des paires électroniques des couches de valence) : elle prédit la disposition des paires d'électrons autour d'un atome central.
• la forme (géométrie) de la molécule : la disposition réelle des atomes, qui se déduit de la disposition électronique en "oubliant" les paires non liantes.

Ces deux notions vont donc bien ensemble : la VSEPR est l'outil de prédiction, la forme de la molécule en est le résultat visible.

Définitions :

La théorie VSEPR

VSEPR signifie Valence Shell Electron Pair Repulsion, en français : répulsion des paires électroniques de la couche de valence.

Définition. Autour d'un atome central, les paires d'électrons (de liaison et non liantes) se repoussent mutuellement. Elles adoptent donc la disposition qui minimise les répulsions, c'est-à-dire celle qui les éloigne le plus les unes des autres dans l'espace.

Types de paires électroniques

Notation AXE

Chaque atome central se décrit par une formule AXnEm :

• A = atome central ;
• X = nombre d'atomes liés à A (les liaisons multiples comptent pour 1) ;
• E = nombre de paires non liantes sur A.

Le nombre N = X + E est appelé nombre stérique. C'est lui qui fixe la géométrie de départ.

Les propriétés (règles) de la VSEPR :

Règle 1 — Répulsions minimales. Les paires s'écartent au maximum les unes des autres : la figure de base ne dépend que du nombre stérique N.

Règle 2 — Hiérarchie des répulsions. Toutes les répulsions ne sont pas égales :

répulsion E–E > répulsion E–X > répulsion X–X

Conséquence : une paire non liante est plus "encombrante" qu'une paire liante. Elle comprime les angles entre liaisons.

Règle 3 — Liaisons multiples. Une liaison double ou triple est plus répulsive qu'une liaison simple, mais ne compte que pour une seule région électronique. Elle réduit légèrement les angles voisins.

Règle 4 — Forme électronique vs forme moléculaire.

• La géométrie électronique (arrangement de toutes les paires) dépend de N.
• La forme de la molécule ne considère que les positions des atomes : on ignore visuellement les paires E, mais elles continuent d'agir sur les angles.

Règle 5 — Électrons non appariés. Un électron célibataire (radical) compte comme une "demi-paire" : il occupe une position E, mais avec une répulsion plus faible.

Les formes selon le nombre stérique :

Tableau récapitulatif

Carte mentale de la classification