Qu'est-ce que la liaison chimique?

La liaison chimique se produit lorsque deux atomes ou plus se rejoignent pour former une molécule. C'est un principe général en science que tous les systèmes essaieront d'atteindre leur niveau d'énergie le plus bas, et la liaison chimique ne se produira que lorsqu'une molécule peut former moins d'énergie que ses atomes non combinés. Les trois principaux types de liaison sont les liaisons ionique, covalente et métallique. Celles-ci impliquent toutes des électrons se déplaçant entre les atomes de différentes manières. Un autre type, beaucoup plus faible, est la liaison hydrogène.

Structure atomique

Les atomes consistent en un noyau contenant des protons chargés positivement, qui est entouré d'un nombre égal d'électrons chargés négativement. Normalement, ils sont donc électriquement neutres. Un atome peut cependant perdre ou gagner un ou plusieurs électrons, lui donnant une charge positive ou négative. Quand on a une charge électrique, cela s'appelle un ion.

Ce sont les électrons qui interviennent dans la liaison chimique. Ces particules sont disposées dans des coquilles qui peuvent être considérées comme existant à des distances croissantes du noyau. Généralement, plus les obus sont éloignés du noyau, plus ils ont d'énergie. Il y a une limite au nombre d'électrons pouvant occuper une coque. Par exemple, la première coque, la plus interne, a une limite de deux et la suivante une limite de huit.

Dans la plupart des cas, seuls les électrons de la couche la plus externe participent à la liaison. On les appelle souvent les électrons de valence . En règle générale, les atomes ont tendance à se combiner les uns aux autres de manière à atteindre tous les réservoirs extérieurs, car ces configurations ont généralement moins d'énergie. Un groupe d'éléments connus sous le nom de gaz rares - hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon - possède déjà une coque extérieure complète et ne forme donc normalement pas de liaison chimique entre eux. D'autres éléments essaieront généralement de créer une structure de gaz rare en donnant, acceptant ou partageant des électrons avec d'autres atomes.

Les liaisons chimiques sont parfois représentées par quelque chose appelé une structure de Lewis , du nom du chimiste américain Gilbert N. Lewis. Dans une structure de Lewis, les électrons de valence sont représentés par des points situés juste en dehors des symboles chimiques des éléments d'une molécule. Ils montrent clairement où les électrons se sont déplacés d'un atome à un autre et où ils sont partagés entre les atomes.

Une liaison ionique

Ce type de liaison chimique a lieu entre les métaux, qui cèdent facilement les électrons, et les non-métaux, désireux de les accepter. Le métal donne les électrons de sa couche externe la plus externe au non-métal, laissant cette couche vide de telle sorte que la coque complète en dessous devienne sa nouvelle coque la plus externe. Le non-métal accepte les électrons de manière à remplir sa couche externe la plus incomplète. De cette façon, les deux atomes ont atteint leur coquille externe complète. Cela laisse le métal avec une charge positive et le non-métal avec une charge négative. Ce sont donc des ions positifs et des ions négatifs qui s’attirent.

Un exemple simple est le fluorure de sodium. Le sodium a trois couches, avec un électron de valence à l’extérieur. Le fluor a deux couches, avec sept électrons à l’extérieur. Le sodium donne son électron une valence à l'atome de fluor, de sorte que le sodium a maintenant deux couches complètes et une charge positive, tandis que le fluor a deux couches complètes et une charge négative. La molécule résultante - le fluorure de sodium - présente deux atomes avec des enveloppes extérieures complètes liées entre elles par attraction électrique.

Liaison Covalente

Les atomes de non-métaux se combinent en partageant des électrons de manière à réduire leur niveau d'énergie global. Cela signifie généralement que, lorsqu'ils sont combinés, ils ont tous une coque extérieure complète. Pour prendre un exemple simple, l’hydrogène n’a qu’un électron, dans sa première - et unique - couche, ce qui lui laisse un noyau court. Deux atomes d'hydrogène peuvent partager leurs électrons pour former une molécule dans laquelle les deux ont une enveloppe externe complète.

Il est souvent possible de prédire comment les atomes vont se combiner les uns aux autres à partir du nombre d'électrons qu'ils possèdent. Par exemple, le carbone en a six, ce qui signifie qu'il a une première coque complète de deux et une coque extérieure de quatre, ce qui la laisse quatre à court d'une coque extérieure complète. L'oxygène en a huit, et il en en a six dans sa coquille extérieure - deux en moins d'une coquille pleine. Un atome de carbone peut se combiner avec deux atomes d'oxygène pour former du dioxyde de carbone, dans lequel le carbone partage ses quatre électrons, deux avec chaque atome d'oxygène, et les atomes d'oxygène partagent chacun deux de leurs électrons avec l'atome de carbone. De cette façon, les trois atomes ont une coquille externe complète contenant huit électrons.

Collage métallique

Dans un morceau de métal, les électrons de valence sont plus ou moins libres de se déplacer, plutôt que d'appartenir à des atomes individuels. Le métal est donc constitué d'ions chargés positivement entourés d'électrons mobiles chargés négativement. Les ions peuvent être déplacés relativement facilement, mais sont difficiles à détacher en raison de leur attraction sur les électrons. Cela explique pourquoi les métaux sont généralement faciles à plier mais difficiles à casser. La mobilité des électrons explique également pourquoi les métaux sont de bons conducteurs d'électricité.

Liaison hydrogène

Contrairement aux exemples ci-dessus, la liaison hydrogène implique la liaison entre des molécules, plutôt qu’au sein de celles-ci. Lorsque l'hydrogène se combine avec un élément qui attire fortement les électrons, tels que le fluor ou l'oxygène, les électrons sont retirés de l'hydrogène. Il en résulte une molécule avec une charge globale positive d’un côté et une charge négative de l’autre. Dans un liquide, les côtés positifs et négatifs s'attirent, formant des liens entre les molécules.

Bien que ces liaisons soient beaucoup plus faibles que les liaisons ioniques, covalentes ou métalliques, elles sont très importantes. La liaison hydrogène a lieu dans l’eau, un composé contenant deux atomes d’hydrogène et un d’oxygène. Cela signifie qu'il faut plus d'énergie pour convertir de l'eau liquide en gaz que ce ne serait autrement le cas. Sans liaison hydrogène, l'eau aurait un point d'ébullition beaucoup plus bas et ne pourrait exister sous forme de liquide sur la Terre.