Comment dessiner des structures de Lewis ou des structures de points électroniques

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Les structures de Lewis sont des représentations de molécules et de composés ioniques qui montrent la distribution des électrons de valence dans ces substances ainsi que la manière dont les atomes partagent ces électrons pour former des liaisons chimiques. Ils sont basés sur les symboles de point de Lewis, ainsi que sur la configuration électronique de chaque élément faisant partie du composé.

Dans les structures de Lewis, les liaisons covalentes sont représentées par des lignes, chacune représentant une paire d’électrons de liaison, tandis que les électrons non partagés sont représentés par des points situés autour de chaque atome, de la même manière que pour les symboles de point de Lewis.

Ces structures permettent de donner une première description très simplifiée de la liaison chimique entre deux atomes. À partir de la structure de Lewis d’un composé, des conclusions peuvent être tirées sur la forme et la géométrie moléculaire, ainsi que sur les propriétés des substances telles que la polarité, les points de fusion et d’ébullition, et même la réactivité chimique.

Ces types de représentations sont particulièrement utiles en chimie organique, où ils nous permettent d’observer clairement les changements qui se produisent dans la distribution des électrons lorsqu’une réaction chimique se produit, ce qui, à son tour, nous permet d’élucider les mécanismes par lesquels les réactions chimiques se produisent.

Éléments qui composent une structure de Lewis

Comme mentionné ci-dessus, les structures de Lewis sont basées sur des symboles de points de Lewis. Ceux-ci sont écrits en commençant par le symbole chimique de l’atome en question, puis en dessinant les électrons de valence répartis autour de lui sous forme de points.

Dans une structure de Lewis, les électrons non partagés entre deux atomes sont représentés par des points situés au-dessus ou au-dessous du symbole chimique, ou sur l’un de ses deux côtés, selon le cas.

Chaque paire d’électrons faisant partie d’une liaison covalente, en revanche, est représentée dans une structure de Lewis par une ligne continue reliant le centre des deux atomes liés.

Mais comment dessiner une structure de Lewis ? Cela s’avère beaucoup plus simple qu’il n’y paraît, et il ne s’agit que de suivre une série d’étapes ordonnées, et d’appliquer un peu de bon sens si nécessaire.

Règles pour dessiner la structure de Lewis

Pour faciliter l’écriture des structures de Lewis, vous devez disposer de quelques informations de base avant de commencer :

  • La formule moléculaire du composé dont vous voulez dessiner la structure, y compris la charge électrique, s’il s’agit d’un ion. Par exemple, si on veut écrire la structure de Lewis de l’ion nitrate, alors il faut savoir que sa formule est NO 3 .
  • Le nombre d’électrons de valence de chacun des atomes présents dans la formule moléculaire doit être connu . Par exemple, l’azote est un élément qui a 5 électrons de valence, tandis que l’oxygène en a 6. Pour les éléments représentatifs, connaître ce nombre est très simple. Il suffit de savoir à quel groupe il appartient, puisque tous les éléments d’un groupe ont le même nombre d’électrons de valence.
  • Il est souvent utile (bien que pas strictement nécessaire) d’avoir une idée des électronégativités relatives de chaque atome dans la formule. L’important ici n’est pas de savoir combien vaut l’électronégativité, mais de savoir quel élément est plus ou moins électronégatif que les autres.

Une fois ces informations de base rassemblées, nous procédons à la description des étapes nécessaires à l’écriture de la structure de Lewis.

Structures de Lewis pas à pas

Les étapes ci-dessous peuvent s’appliquer à toute espèce chimique, y compris les composés moléculaires covalents ou neutres, les ions monoatomiques ou polyatomiques, ou par extension les composés ioniques tels que les sels ioniques ou les oxydes.

Étape 1 : Comptez le nombre total d’électrons de valence.

La structure de Lewis doit inclure tous les électrons de valence de tous les éléments présents dans la molécule, et doit assurer que l’équilibre des charges électriques est rempli. Pour trouver le nombre total d’électrons, il suffit d’ajouter le produit du nombre d’atomes de chaque élément de la formule et de son nombre d’électrons de valence et, à la fin, de soustraire la charge électrique, le cas échéant. La formule est :

Calcul du nombre total d'électrons de valence

Exemple:

Si nous écrivons la structure de Lewis de l’ion nitrate (NO 3 ) qui a 1 N, 3 O et une charge de –1, alors le nombre total d’électrons de valence est :

Exemple de calcul du nombre total d'électrons de valence

Étape 2 : Écrivez la structure fondamentale de la molécule.

Cela consiste à indiquer quel atome sera relié à quel autre atome (ce qu’on appelle la connectivité de la molécule). En d’autres termes, le squelette de base de la molécule sera établi.

Voici quelques règles générales à garder à l’esprit lors de la réalisation de cette étape :

  • L’atome central est presque toujours le moins électronégatif de tous.
  • Les atomes d’hydrogène vont toujours aux extrémités, jamais au centre. Il en va de même pour les halogènes dans la plupart des composés où ils ne sont pas liés à l’oxygène.
  • Plus d’une structure possible peut être proposée. Plus tard, il est déterminé ce qui est le plus probable.

Exemple – L’ion nitrate

Un exemple illustratif de toutes les étapes présentées ci-dessus est représenté par l’ion nitrate, qui est un ion polyatomique formé de trois oxygènes et d’un azote liés par des liaisons covalentes. Dans ce cas, l’élément le moins électronégatif est l’azote, il est donc placé au centre, et les trois oxygènes sont répartis sur les côtés :

Étape 1 de l'écriture des structures de Lewis

Étape 3 : Dessinez une seule liaison covalente entre tous les atomes qui sont liés ensemble.

Après cette étape, le composé commence à acquérir la forme d’une molécule. Les liaisons terminales peuvent devenir doubles ou triples, mais elles commencent toutes par des liaisons simples.

ion nitrate suite

Étape 2 de l'écriture des structures de Lewis

Étape 4 : Remplissez les octets avec les électrons de valence restants, en commençant par le plus électronégatif.

Après avoir actualisé les électrons faisant partie des liaisons, les électrons restants sont ajoutés par paires autour des éléments les plus électronégatifs pour compléter leurs octets (à l’exception de l’hydrogène).

ion nitrate suite

Étape 3 de l'écriture des structures de Lewis

Étape 5 : Formez plusieurs liens si nécessaire.

S’il arrive qu’à la fin des électrons de valence, un atome se retrouve avec son octet incomplet, utilisez une paire d’électrons non partagée d’un atome voisin pour former une double liaison ou deux paires pour former une triple liaison si nécessaire.

ion nitrate suite

Étape 4 de l'écriture des structures de Lewis

Étape 6 : Calculer les frais formels (facultatif).

Une fois l’étape 5 terminée, la structure de la molécule est entièrement dessinée. Il ne reste plus qu’à ajouter les charges électriques s’il y en a. À ce stade, vous pouvez procéder de deux manières différentes. La première est que s’il y a une charge nette (dans le cas d’un ion), vous mettez toute la structure entre crochets et ajoutez la charge en exposant. La seconde (qui est préférable) consiste à déterminer la charge formelle (CF) sur chaque atome de la structure.

Cela se fait au moyen de la formule suivante :

Calcul de la charge formelle dans les structures de Lewis

ion nitrate suite

Dans le cas de l’ion nitrate, la charge formelle de l’atome d’azote est :

Exemple de calcul de charge formel dans les structures de Lewis

Les charges formelles des deux types d’oxygène présents sont :

Calcul de la charge formelle d'oxygène dans les structures de Lewis

Calcul de la charge formelle dans les structures de Lewis

Après avoir calculé les charges formelles, celles-ci sont placées à côté de chaque atome qui n’est pas neutre, on vérifie que la somme de toutes les charges donne la charge nette de l’ion (ou zéro, si la molécule est neutre). Comme on peut le voir dans l’image suivante, la somme de toutes les charges est +1-2=-1

Structure de Lewis de l'ion nitrate

Exemple de structures de Lewis

Comme mentionné ci-dessus, les structures de Lewis de n’importe quelle espèce chimique peuvent être écrites. Voici quelques exemples de structures de différents types de composés :

Composés moléculaires neutres – Éthylène

Formule structurelle de l'éthylène

Composés ioniques simples – Chlorure de sodium

Structures de Lewis du chlorure de sodium

Composés ioniques plus complexes – nitrate de sodium et nitrate d’ammonium

Structure de Lewis du nitrate de sodium
Structure de Lewis du nitrate d'ammonium

Les références

Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR et O. (2019). Chimie 2e (2e éd .). :OpenStax .

L’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA). (2014). IUPAC – Formule de Lewis (point électronique ou structure de Lewis) (L03513). Extrait de https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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