Electronégativité et polarité des liaisons
Bien que nous ayons défini la liaison covalente comme un partage d’électrons, les électrons d’une liaison covalente ne sont pas toujours partagés de manière égale par les deux atomes liés. À moins que la liaison ne relie deux atomes du même élément, comme dans le cas de H2, il y aura toujours un atome qui attirera les électrons de la liaison plus fortement que l’autre, comme dans le cas de HCl, illustré sur la figure \(\PageIndex{1}\). Une liaison covalente qui présente un partage égal des électrons (Figure \(\PageIndex{1a}\)) est appelée une liaison covalente non polaire. Une liaison covalente qui présente un partage inégal des électrons, comme sur la figure \(\PageIndex{1b}\), est appelée une liaison covalente polaire.
La répartition de la densité électronique dans une liaison polaire est inégale. Elle est plus importante autour de l’atome qui attire plus les électrons que l’autre. Par exemple, les électrons de la liaison H-Cl d’une molécule de chlorure d’hydrogène passent plus de temps près de l’atome de chlore que de l’atome d’hydrogène. Notez que la zone ombrée autour de Cl dans la figure \(\PageIndex{1b}\) est beaucoup plus grande qu’autour de H.
Ce déséquilibre de la densité électronique entraîne une accumulation de charge négative partielle (désignée par δ-) d’un côté de la liaison (Cl) et une charge positive partielle (désignée par δ+) de l’autre côté de la liaison (H). C’est ce que montre la figure \(\PageIndex{2a}\). La séparation des charges dans une liaison covalente polaire donne lieu à un dipôle électrique (deux pôles), représenté par la flèche sur la figure \(\PageIndex{2b}\). La direction de la flèche est dirigée vers l’extrémité δ- tandis que la queue + de la flèche indique l’extrémité δ+ de la liaison.
Figure \(\PageIndex{2}\) : (a) Le partage inégal de la paire d’électrons de liaison entre H et Cl entraîne une charge positive partielle sur l’atome H et une charge négative partielle sur le Cl. Les symboles δ+ et δ- indiquent la polarité de la liaison H-Cl. (b) Le dipôle est représenté par une flèche avec une croix à la queue. La croix est proche de l’extrémité δ+ et la pointe de la flèche coïncide avec le δ-.
Toute liaison covalente entre des atomes d’éléments différents est une liaison polaire, mais le degré de polarité varie considérablement. Certaines liaisons entre différents éléments ne sont que faiblement polaires, tandis que d’autres sont fortement polaires. Les liaisons ioniques peuvent être considérées comme le summum de la polarité, les électrons étant transférés plutôt que partagés. Pour juger de la polarité relative d’une liaison covalente, les chimistes utilisent l’électronégativité, qui est une mesure relative de la force avec laquelle un atome attire les électrons lorsqu’il forme une liaison covalente. Il existe plusieurs échelles numériques pour évaluer l’électronégativité. La figure \(\N- PageIndex{3}\) montre l’une des plus populaires, l’échelle de Pauling.
Looking Closer : Linus Pauling
Argumenté comme le chimiste le plus influent du 20e siècle, Linus Pauling (1901-94) est la seule personne à avoir remporté deux prix Nobel individuels (c’est-à-dire non partagés). Dans les années 1930, Pauling a utilisé de nouvelles théories mathématiques pour énoncer certains principes fondamentaux de la liaison chimique. Son livre de 1939, The Nature of the Chemical Bond, est l’un des ouvrages les plus importants jamais publiés en chimie.
En 1935, l’intérêt de Pauling s’est tourné vers les molécules biologiques, et il a reçu le prix Nobel de chimie en 1954 pour ses travaux sur la structure des protéines. (Il était tout près de découvrir la structure en double hélice de l’ADN lorsque James Watson et James Crick ont annoncé leur propre découverte de sa structure en 1953). Il a ensuite reçu le prix Nobel de la paix 1962 pour ses efforts visant à interdire les essais d’armes nucléaires.
Linus Pauling était l’un des chimistes les plus influents du 20e siècle.
Dans ses dernières années, Pauling est devenu convaincu que de grandes doses de vitamine C préviendraient les maladies, y compris le rhume. La plupart des recherches cliniques n’ont pas réussi à montrer un lien, mais Pauling a continué à prendre de grandes doses quotidiennement. Il est décédé en 1994, après avoir passé sa vie à établir un héritage scientifique que peu de gens pourront jamais égaler.
La polarité d’une liaison covalente peut être jugée en déterminant la différence entre les électronégativités des deux atomes qui font la liaison. Plus la différence des électronégativités est grande, plus le déséquilibre du partage des électrons dans la liaison est important. Bien qu’il n’existe pas de règle absolue, la règle générale est la suivante : si la différence d’électronégativités est inférieure à environ 0,4, la liaison est considérée comme non polaire ; si la différence est supérieure à 0,4, la liaison est considérée comme polaire. Si la différence d’électronégativités est suffisamment importante (généralement supérieure à environ 1,8), le composé résultant est considéré comme ionique plutôt que covalent. Une différence d’électronégativité de zéro, bien sûr, indique une liaison covalente non polaire.
Exemple \(\PageIndex{1}\)
Décrivez la différence d’électronégativité entre chaque paire d’atomes et la polarité (ou type de liaison) qui en résulte.
- C et H
- H et H
- Na et Cl
- O et H
Solution
- Le carbone a une électronégativité de 2,5, alors que la valeur de l’hydrogène est de 2,1. La différence est de 0,4, ce qui est plutôt faible. La liaison C-H est donc considérée comme non polaire.
- Les deux atomes d’hydrogène ont la même valeur d’électronégativité-2,1. La différence est nulle, la liaison est donc non polaire.
- L’électronégativité du sodium est de 0,9, tandis que celle du chlore est de 3,0. La différence est de 2,1, ce qui est plutôt élevé, et donc le sodium et le chlore forment un composé ionique.
- Avec 2,1 pour l’hydrogène et 3,5 pour l’oxygène, la différence d’électronégativité est de 1,4. On pourrait s’attendre à une liaison très polaire. The sharing of electrons between O and H is unequal with the electrons more strongly drawn towards O.
Exercise \(\PageIndex{1}\)
Describe the electronegativity (EN) difference between each pair of atoms and the resulting polarity (or bond type).
- C and O
- K and Br
- N and N
- Cs and F
Answer a:
The EN difference is 1.0 , hence polar. The sharing of electrons between C and O is unequal with the electrons more strongly drawn towards O.
Answer b:
The EN difference is greater than 1.8, hence ionic.
Answer c:
Identical atoms have zero EN difference, hence nonpolar.
Answer d:
The EN difference is greater than 1.8, hence ionic.