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Déterminer la polarité d'une molécule

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Objectif

Déterminer le caractère polaire ou apolaire d’une entité moléculaire à partir de sa géométrie et de la polarité de ses liaisons.

Points clés

Une molécule est polaire si elle possède des liaisons polarisées et si les positions moyennes des charges électriques partielles positives et négatives ne sont pas confondues.
Si l’une des deux conditions n’est pas réalisée, la molécule est apolaire.
Les molécules organiques qui contiennent uniquement du carbone et de l’hydrogène sont apolaires car les liaisons C—H sont peu polarisées.

Pour bien comprendre

La molécule
La polarisation d’une liaison chimique
L’électronégativité

1. La polarité des molécules simples

a. Principe

Une molécule simple est une molécule composée de quelques atomes, entre deux et cinq atomes.

Exemples
Le dioxygène O₂, l’eau H₂O, l’ammoniac NH₃ ou le méthane CH₄ sont des molécules simples.

Une molécule est polaire si elle respecte les deux conditions suivantes.

Elle possède des liaisons polarisées.
Les positions moyennes des charges partielles positives et négatives ne sont pas confondues.

Dans le cas où une des deux conditions n’est pas vérifiée, la molécule est apolaire (non polaire).

b. Exemple 1 - La molécule d'eau

Les liaisons sont-elles polarisées ?

La molécule d’eau H₂O possède deux liaisons polarisées O—H à cause de la différence d’électronégativité entre l’oxygène ((O) = 3,4) et l’hydrogène ((H) = 2,2).

L’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène, il se crée donc une charge partielle négative sur l’atome d’oxygène et une charge partielle positive sur l’atome d’hydrogène pour chaque liaison simple.

L’atome d’oxygène est engagé dans deux liaisons simples avec des atomes d’hydrogène, celui-ci porte donc au final une charge partielle négative .

La représentation de la molécule est alors la suivante.

Répartition des charges électriques partielles
dans la molécule d’eau

Remarques

La molécule d’eau possède une géométrie coudée.
Dans la molécule, on fait la somme des charges partielles pour un atome engagé dans plusieurs liaisons polarisées.

Les positions moyennes des charges partielles positives
et négatives sont-elles non confondues ?

On peut déterminer les positions moyennes G+ des charges partielles positives et G− des charges partielles négatives.

La position moyenne G+ se trouve au milieu du segment qui lie les centres des deux atomes d’hydrogène, tandis que la position moyenne G− se trouve sur le centre de l’atome d’oxygène.

Positions moyennes des charges partielles
positives et négatives

On observe que les deux points G+ et G− ne sont pas confondus.

Conclusion

On constate donc que les deux conditions sont vérifiées : la molécule d’eau est polaire.

c. Exemple 2 - La molécule de dioxyde de carbone

Les liaisons sont-elles polarisées ?

La molécule de dioxyde de carbone CO₂ possède deux liaisons doubles polarisées O=C à cause de la différence d’électronégativité entre l’oxygène ((O) = 3,4) et le carbone ((C) = 2,6).

L’oxygène est plus électronégatif que le carbone, il se crée donc une charge partielle négative sur l’atome d’oxygène et une charge partielle positive sur l’atome de carbone pour chaque liaison double.

L’atome de carbone est engagé dans deux liaisons doubles avec des atomes d’oxygène, celui-ci porte donc au final une charge partielle positive .

La représentation de la molécule est alors la suivante.

Répartition des charges électriques partielles
dans la molécule de dioxyde de carbone

Remarque
La molécule de dioxyde de carbone possède une géométrie linéaire.

Les positions moyennes des charges partielles positives
et négatives sont-elles confondues ?

On peut déterminer les positions moyennes G+ des charges partielles positives et G− des charges partielles négatives.

La position moyenne G− se trouve au milieu du segment liant les centres des deux atomes d’oxygène, tandis que la position moyenne G+ se trouve sur le centre de l’atome de carbone.

Positions moyennes des charges partielles
positives et négatives

On observe que les deux points G+ et G− sont confondus.

Conclusion

On constate donc qu’une des deux conditions n’est pas vérifiée : la molécule de dioxyde de carbone est apolaire.

2. La polarité des molécules organiques

a. Principe

Une molécule organique est essentiellement composée d’atomes de carbone et d’hydrogène. Elle peut aussi avoir d’autres atomes tels que l’oxygène ou l’azote.

Exemples
Les molécules de méthane CH₄, de butane C₄H₁₀ et d’éthanol C₂H₆O sont des molécules organiques.

Lorsque la différence d’électronégativité entre deux atomes liés est inférieure ou égale à 0,4, la liaison est peu polarisée : il n’y a pas apparition de charges partielles négatives et positives notables sur les atomes liés.

Une molécule organique composée uniquement d’atomes de carbone ((C) = 2,55) et d’hydrogène ((H) = 2,20) est en conséquence considérée comme apolaire.

Exemples
Les molécules de méthane CH₄ et de butane C₄H₁₀ sont des molécules apolaires.

La présence d’atomes d’azote ou d’oxygène, par exemple, peut être la cause de la polarité d’une molécule organique.

b. Exemple - La molécule d'éthanol

Les liaisons sont-elles polarisées ?

La molécule d’éthanol C₂H₆O possède une liaison polarisée O—H à cause de la différence d’électronégativité entre l’oxygène ((O) = 3,4) et l’hydrogène ((H) = 2,2) et une autre liaison polarisée O—C à cause de la différence d’électronégativité entre l’oxygène ((O) = 3,4) et le carbone ((C) = 2,6).

L’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène et le carbone, il se crée donc une charge partielle négative sur l’atome d’oxygène et une charge partielle positive sur l’atome d’hydrogène et sur l’atome de carbone pour chaque liaison simple.

L’atome d’oxygène est engagé dans deux liaisons simples avec des atomes moins électronégatifs, celui-ci porte donc au final une charge partielle négative .

La représentation de la molécule est alors la suivante.

Répartition des charges électriques partielles
dans la molécule d’éthanol

Les positions moyennes des charges partielles positives
et négatives sont-elles non confondues ?

On peut déterminer les positions moyennes G+ des charges partielles positives et G− des charges partielles négatives.

La position moyenne G+ se trouve sur le segment qui lie les centres des atomes d’hydrogène et de carbone, tandis que la position moyenne G− se trouve sur le centre de l’atome d’oxygène.