Exercices — Schéma de Lewis et géométrie des molécules

1. Les électrons de valence sont ceux de la dernière couche (le nombre le plus élevé devant les lettres) :

• H : $1$ électron de valence ;
• C : $2 + 2 = 4$ électrons de valence ;
• N : $2 + 3 = 5$ électrons de valence ;
• O : $2 + 4 = 6$ électrons de valence.

2. Pour respecter l’octet, un atome forme autant de liaisons qu’il lui manque d’électrons pour arriver à 8 ; ses électrons de valence restants se regroupent en doublets non liants :

• C ($8 - 4 = 4$) : 4 liaisons, 0 doublet non liant ;
• N ($8 - 5 = 3$) : 3 liaisons, 1 doublet non liant ;
• O ($8 - 6 = 2$) : 2 liaisons, 2 doublets non liants.

Réflexe à retenir : le trio « C fait 4 liaisons, N en fait 3, O en fait 2, H en fait 1 » sert dans quasiment tous les schémas de Lewis du programme — apprends-le par cœur.

1. On additionne les électrons de valence de tous les atomes (H : 1, N : 5, O : 6) :

• $\text{H}_2\text{O}$ : $2 \times 1 + 6 = 8$ électrons, soit $8 \div 2 = 4$ doublets ;
• $\text{NH}_3$ : $3 \times 1 + 5 = 8$ électrons, soit $4$ doublets.

2. Répartition des doublets :

• eau : 2 doublets liants (les deux liaisons $\text{O}-\text{H}$) et 2 doublets non liants sur l’oxygène ;
• ammoniac : 3 doublets liants (les trois liaisons $\text{N}-\text{H}$) et 1 doublet non liant sur l’azote.

3. Vérification :

• O est entouré de $2 + 2 = 4$ doublets, soit 8 électrons : octet ✓ ;
• N est entouré de $3 + 1 = 4$ doublets, soit 8 électrons : octet ✓ ;
• chaque H est engagé dans 1 doublet, soit 2 électrons : duet ✓.

Astuce de vérification : le nombre total de doublets du schéma doit être exactement égal au nombre calculé à la question 1 — ni plus, ni moins.

1. Nombre d’électrons de valence : $4 + 2 \times 6 = 16$, soit 8 doublets. Le carbone doit former 4 liaisons et chaque oxygène 2 : la seule solution est une liaison double entre C et chaque O :

$\text{O}=\text{C}=\text{O}$

soit 4 doublets liants, plus 2 doublets non liants sur chaque oxygène ($4 + 4 = 8$ doublets ✓). Le carbone ne porte aucun doublet non liant, et chaque atome respecte l’octet.

2. Nombre d’électrons de valence : $2 \times 5 = 10$, soit 5 doublets. Chaque azote doit former 3 liaisons : les deux atomes sont reliés par une liaison triple, et chacun garde 1 doublet non liant ($3 + 2 = 5$ doublets ✓). Chaque azote est entouré de $3 + 1 = 4$ doublets : octet ✓.

Réflexe à retenir : si les liaisons simples ne suffisent pas à respecter l’octet, pense aux liaisons doubles ou triples — puis recompte toujours le total de doublets.

La règle du cours : les doublets (liants et non liants) de l’atome central se repoussent et s’orientent pour être le plus éloignés possible les uns des autres.

• $\text{CH}_4$ : 4 directions équivalentes autour de C, la molécule est tétraédrique ;
• $\text{NH}_3$ : 4 doublets qui se repoussent, mais l’un est non liant : la molécule visible est pyramidale (à base triangulaire) ;
• $\text{H}_2\text{O}$ : 4 doublets dont 2 non liants : la molécule est coudée ;
• $\text{CO}_2$ : seulement 2 directions de répulsion (chaque liaison double compte pour une seule direction), la molécule est linéaire.

Réflexe à retenir : les doublets non liants « prennent de la place » et replient la molécule, mais ils sont invisibles dans le nom de la géométrie — on ne décrit que la position des atomes.

1. Nombre total d’électrons de valence : $1 + 4 + 5 = 10$, soit :

$10 \div 2 = 5\ \text{doublets}$

2. H ne peut former qu’une liaison : il se lie au carbone par une liaison simple. Le carbone doit former 4 liaisons au total : il reste 3 liaisons vers l’azote, donc une liaison triple $\text{C}\equiv\text{N}$. L’azote complète avec 1 doublet non liant :

$\text{H}-\text{C}\equiv\text{N}$

Décompte : $1 + 3 = 4$ doublets liants $+ 1$ doublet non liant $= 5$ doublets ✓. Octet : C est entouré de 4 doublets liants (8 électrons) ✓ ; N de $3 + 1 = 4$ doublets (8 électrons) ✓ ; H respecte le duet ✓.

3. Autour du carbone, il n’y a que 2 directions de répulsion (la liaison simple vers H et la liaison triple vers N, qui compte pour une seule direction) et aucun doublet non liant : la molécule est linéaire.

Réflexe à retenir : la méthode complète tient en trois étapes — compter les doublets, les placer en respectant octet et duet, puis lire la géométrie sur les directions de répulsion. C’est exactement ce déroulé qui est attendu en contrôle.