Liaison covalente

Définition

Une liaison covalente est la liaison chimique entre des atomes établie par le partage d'un doublet électronique (anion, cation). La liaison implique que les atomes possèdent une ou plusieurs paires d'électrons communes.

Cette union covalente, polaire ou apolaire, assure la cohésion d'un édifice moléculaire. En qualité de liaison double (deux doublets) ou liaison triple (trois doublets), elle peut être impliquée dans des phénomènes de surface de sphère interne. Les liaisons simples sont avec un seul doublet sont très stables.

La liaison covalente du méthane CH₄ :

La liaison covalente est implicite dans la structure de Lewis, indiquant les électrons partagés entre les atomes. Les premiers concepts d'union covalente sont issus de ce type d'image des molécules de carbone et d'hydrogène.

Explications

Une liaison covalente entre deux atomes intervient lorsque ces atomes se rejoignent et est également produite par le comportement des électrons, pour atteindre l'octet stable, en partageant des électrons du dernier niveau (sauf pour l'hydrogène qui atteint la stabilité lorsqu'il possède 2 électrons).

La différence d'électronégativité entre les atomes n'est pas assez grande pour produire une jonction de type ionique. Pour qu'une liaison covalente soit générée, il est nécessaire que la différence d'électronégativité entre les atomes soit inférieure à 1,7. Lorsqu'une liaison covalente est formée, de l'énergie est libérée, l'enthalpie de liaison.

De cette manière, les deux atomes partagent une ou plusieurs paires électroniques dans un nouveau type d'orbitale, appelée orbitale moléculaire. Des liaisons covalentes existent entre des atomes d'un même élément non métallique, entre différents non-métaux et entre un non-métal et l'hydrogène.

⭐ Les atomes de non-métaux forment des liaisons covalentes les uns avec les autres. Cette forme de liaison chimique forme des molécules et des ions composés. La règle de base est que selon la définition de Linus Pauling, une liaison covalente existe avec une différence (ΔEN) de valeur électronégative (EN) inférieure à 1,6 à 1,7 entre les atomes constitutifs.

Plusieurs modèles de liaisons covalentes sont disponibles :

• Liaison covalente normale :
  • liaison covalente apolaire;
  • liaison covalente polaire;
• Liaison covalente dative (de coordination) :
  • liaison covalente dative semi-polaire;
  • liaison covalente dative coopérative.

Processus et conséquences

Lorsque des atomes autres que des non-métaux se lient sous une forme covalente, l'un d'eux sera plus électronégatif que l'autre, de sorte qu'il aura tendance à attirer le nuage électronique de la liaison sur son noyau, générant un dipôle électrique. Cette polarisation permet aux molécules d'un même composé de s'attirer par des forces électrostatiques d'intensité différente.

Au contraire, lorsque les atomes du même élément non métallique se lient de manière covalente, leur différence d'électronégativité est nulle et les dipôles ne sont pas créés. Les molécules entre elles n'ont pratiquement aucune attraction.

En synthèse, dans une liaison ionique, le transfert d'électrons d'un atome à un autre intervient et dans la liaison covalente, les électrons de liaison sont partagés par les deux atomes. Dans la liaison covalente, les deux atomes non métalliques partagent un ou plusieurs électrons, c'est-à-dire qu'ils se joignent par leurs électrons dans la dernière orbitale, qui dépend du numéro atomique en question.

Une, deux ou trois paires d'électrons peuvent être partagées entre les deux atomes, ce qui conduira à la formation d'une simple, double ou triple liaison respectivement. Dans la structure de Lewis, ces liaisons peuvent être représentées par une petite ligne entre les atomes.

✅ Il existe 2 principaux types de substances covalentes : les substances covalentes moléculaires et les substances covalentes réticulaires (réseaux covalents).

Liaison apolaire

La liaison covalente entre deux atomes identiques est non polaire, avec ΔEN = 0. Une liaison covalente apolaire, LA liaison covalente normale parfaite, se forme entre des atomes égaux et la différence d'électronégativité doit être nulle ou très faible (inférieure à 0,4). Dans ce lien, les électrons sont attirés vers les deux noyaux avec la même intensité, générant des molécules dont le nuage électronique est uniforme. Un exemple de liaison apolaire est l'oxygène gazeux O₂.

Liaison polaire

La liaison covalente entre atomes non identiques est polaire, avec ΔEN > 0,4. La force de la polarité dépend de la différence d'électronégativité entre les deux atomes. Les liaisons atomiques dont les valeurs ΔEN sont inférieures à 0,4 ont un caractère apolaire dans la plupart des cas. Les liaisons atomiques avec des valeurs ΔEN comprises entre 0,4 et 1,7 sont dans la plupart des cas polaires. Un exemple liaison polaire est la liaison O-H fortement polaire avec ΔEN = 1,4 trouvée dans l'eau et les alcools.

La liaison covalente polaire donnant de l'eau :

L'eau H2O est formée grâce à une liaison covalente polaire entre un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène. La formulation de la structure de Lewis est respectée.

Liaison dative (de coordination)

En plus de la liaison covalente normale, il existe également la liaison covalente dative ou liaison donneur-accepteur,où l'un des deux partenaires de liaison fournit les deux électrons de liaison. C'est le cas, par exemple, du ferricyanure [Fe(CN)₆]^3-. Une telle liaison est parfois proposée au moyen d'une flèche dirigée du donneur vers l'accepteur.

Dans la liaison covalente dative semi-polaire, l'atome le moins électronégatif entité une paire d'électrons avec un atome plus électronégatif, comme dans le pentoxyde d'azote N₂O₅ et le chlorite d'hydrogène. Cela augmente le nombre d'oxydation du donneur de deux unités.

Dans la liaison covalente dative coopérative, une paire d'électrons d'un atome est également courante, mais c'est l'atome le plus électronégatif qui le fait. L'accepteur est généralement un proton ou un ion métallique. Une telle liaison existe dans l'ion oxonium et l'ion ammonium.

Types

Il existe plusieurs niveaux de liaisons que les atomes peuvent former :

• une liaison simple : généralement une liaison sigma qui est la première liaison qui intervient;
• une liaison double : une combinaison d'une liaison sigma et d'une liaison pi;
• une liaison triple : une combinaison d'une liaison sigma et de deux liaisons pi;
• une liaison quadruple;
• une liaison quintuple;
• une liaison sextuple.

Liaisons covalentes du cyanure d'hydrogène :

Le cyanure d'hydrogène contient une liaison simple entre H et C et une liaison triple entre C et N.

L'énergie de liaison augmente à mesure qu'il y a plus de liaisons entre deux atomes. Par exemple, en chimie organique, les doubles liaisons se trouvent dans les alcènes et les liaisons triples dans les alcynes.

Classification

La classification des liaisons covalentes est basée sur une notation LXZ, publiée par M. L. H. Green en 1995 comme une solution pour la description des composés covalents. Ainsi, les complexes organométalliques ne sont pas soumis aux limitations résultant de l'état d'oxydation. Au lieu de simplement attribuer une charge à un atome de la molécule (son état d'oxydation), la classification des liaisons covalentes analyse la nature des ligands entourant l'atome d'intérêt, qui est souvent un métal de transition.

Selon cette classification, il existe trois types d'interactions de base qui permettent la coordination des ligands. Les trois types d'interaction sont classés selon que le groupe ligand donne deux, un ou zéro électron. Ces trois classes de ligands portent respectivement les symboles L, X et Z.

Dans les liaisons, le signe (-) indique une liaison simple entre deux atomes (avec une paire d'électrons), le signe (=) indiquent une liaison double entre deux atomes (deux paires d'électrons) et le signe (≡) représentent une liaison triple, que l'on trouve par exemple dans le monoxyde de carbone (C≡O). Les liaisons simples se composent d'une liaison sigma (σ), les liaisons doubles ont une liaison σ et une liaison pi (π) et les liaisons triples ont une liaison σ et deux liaisons π.

En rapport avec "liaison covalente"

• liaison simple

  

  La liaison simple est la liaison ionique la plus simple avec des éléments métalliques et non métalliques dans la substance.

• radical monovalent

  

  En chimie, le radical monovalent (univalent) est le radical d'une espèce chimique organique ou inorganique, caractérisé en ayant un électron non apparié.

• structure de Lewis

  

  La structure de Lewis est une représentation très simplifiée des électrons de la couche de valence des liaisons chimiques dans la configuration électronique...

• pentavalent

  

  Un élément chimique pentavalent a une valence de 5, avec un élément acceptant jusqu'à 5 liaisons atomiques.