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La géométrie de quelques molécules. La représentation de Cram

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Objectif(s)

On dit que la matière est constituée de vide. Pour le vérifier, étudions en détail les molécules et leur représentation dans l'espace.
Comment s'organise l'enchaînement d'atomes dans les différentes dimensions spatiales et comment peut-on effectuer une représentation sur une simple feuille ?

1. La géométrie de quelques molécules

La représentation de Lewis permet de visualiser l'enchaînement des atomes, les liaisons et les doublets non liants mais ne prévoit pas la géométrie de l'édifice chimique.

En effet, les doublets liants et non liants (négatifs) se repoussent de manière à ce que l'édifice chimique soit le plus stable possible. Ainsi, 4 doublets vont toujours se disposer au sein d'un tétraèdre. Ceci permet de représenter dans l'espace, des molécules comme celle du méthane, de l'ammoniac et de l'eau :

Le méthane a une forme tétraédrique, l'ammoniac, une forme pyramidale et l'eau une forme coudée plane.

Plus il y a de doublets liants, plus l'angle entre l'atome au centre du tétraèdre et deux atomes d'hydrogène augmente : les doublets non liants repoussent donc fortement les doublets liants.

2. Représentation de Cram

Il faut se rendre à l'évidence : à moins d'être expert en perspectives, il semble parfois délicat de représenter des molécules. Le chimiste dispose alors de la représentation de Cram.

Il coupe sa molécule par un plan qui contient un maximum de liaisons. Après avoir repéré les liaisons en avant du plan et celles en arrière du plan, il suit les conventions suivantes :

Les liaisons situées :
• dans le plan, sont représentées par un trait fin :
• en avant du plan, sont représentées par un trait épaissi :
• en arrière du plan, sont représentées selon des hachures :

Exemples

Le méthane (CH4)	L'ammoniac (NH3)

L'essentiel

La représentation de Lewis a ses limites.
Une molécule est un ensemble géométrique qui occupe l'espace du fait des répulsions entre doublets d'électrons.
Lorsque cette règle est connue, il est possible d'utiliser la représentation de Cram afin de reproduire sur le papier une vue dans l'espace de la molécule.

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