Dans une molécule, les atomes mettent en commun des électrons de leur couche externe afin d'acquérir une structure stable en duet ou en octet. Une liaison covalente entre deux atomes correspond à une mise en commun de deux électrons de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet liant.
Un doublet non liant (ou doublet libre) est un doublet d'électrons de valence qui n'est pas impliqué dans une liaison covalente. Un tel doublet est formé d'électrons appariés, ce qui les distingue des électrons célibataires rencontrés dans une orbitale atomique incomplète.
On les appelle aussi électrons célibataires. Lorsque deux électrons célibataires sont appariés (forment une paire), on parle de doublet non liant. Note : Seuls les électrons de la couche électronique la plus externe peuvent former des liaisons.
Un doublet d'électrons représente une paire d'électrons situés sur un même côté du symbole de l'élément. Les électrons célibataires sont les électrons qui pourront former des liens chimiques avec les atomes voisins. Un atome possède autant de possibilités de liaisons qu'il possède d'électrons célibataires.
Liaison covalente
Le doublet d'électrons liant deux atomes est appelé doublet liant. La molécule de dihydrogène est formée par deux atomes d'hydrogène liés par une liaison covalente représentée par un tiret : \ce{H-H}.
Le schéma de Lewis d'une molécule correspond à la représentation des atomes qui constituent la molécule et de leurs doublets liants et non liants. On représente un doublet liant par un tiret entre les deux atomes liés, et un doublet non liant par un tiret à côté de l'atome.
Pour écrire une structure de Lewis, on doit placer des doublets de liaison pour relier entre eux les atomes : Dans la structure finale chacun des atomes (sauf H) devra autant que possible être entouré de 4 doublets (4*2 = 8 électrons ; Règle de l'octet). L'hydrogène sera entouré de 1 doublet (2 électrons).
L'atome d'oxygène possède donc 2 électrons célibataires et deux doublets non liants. Pour respecter la règle de l'octet l'atome d'oxygène doit compléter sa couche L en gagnant 2 électrons. L'atome d'oxygène peut établir deux liaisons covalentes et possède deux doublets non liants.
En chimie, la formule brute est l'écriture la plus compacte décrivant un composé chimique ou un corps simple. Les formules brutes, par exemple C2H6O pour l'éthanol, sont utilisées dans les équations chimiques pour décrire les réactions chimiques.
L'atome H vérifie vérifie la règle du duet et l'atome Cl vérifie la règle de l'octet. Chaque atome d'oxygène est entouré de deux doublets liants et deux doublets non liants donc la règle de l'octet est satisfaite. L'atome de carbone établit 4 liaisons covalentes simples et satisfait à la règle de l'octet.
L'atome d'azote :
Le numéro atomique de l'azote est Z= 7. Sa configuration est (K)2(L)5 donc il lui manque 3 électrons pour compléter sa couche externe L et respecter la règle de l'octet: L'atome d'azote forme trois liaisons.
Pour calculer le nombre de doublets non-liants, il faut calculer la différence entre le nombre d'électrons sur la couche externe et le nombre d'électrons engagés dans un doublet liant. Ici, on a 4-4=0 donc aucun doublet non liant.
Liaison covalente polaire : elle relie 2 atomes dont l'attirance des électrons est inégale entre les 2 atomes. La taille différente des 2 atomes peut en être une raison. Les deux atomes ne tirent pas les électrons avec la même force.
En formule topologique, la liaison double est représentée par deux lignes parallèles (=) entre les deux atomes liés, et en typographie, on utilise simplement le signe égal.
La liaison covalente
Ce type de liaison apparaît principalement lorsqu'une molécule est formée de deux non-métaux, de deux atomes identiques ou lorsqu'un non-métal se lie avec l'hydrogène. La liaison covalente se produit lorsque la différence d'électronégativité entre les deux atomes est petite.
La formule développée est un mode de représentation des molécules où la totalité des atomes sont représentés par leur symbole chimique. Il est très simple, mais ne donne aucune idée de l'agencement des atomes dans l'espace.
Des molécules sont dites « isomères » lorsqu'elles ont la même formule brute mais des structures différentes. Le phénomène d'isomérie a été remarqué pour la première fois au XIXe siècle. À cette époque, les chimistes pensaient que les propriétés d'une substance dépendaient entièrement de sa formule brute.
Pour écrire la formule développée d'une molécule, il faudra appliquer les règles suivantes : Représenter chaque atome par son symbole chimique, autant de fois qu'il apparaît dans la molécule. Représenter les liaisons covalentes par des tirets. Associer à chaque atome le bon nombre de liaisons covalentes.
Chaque sorte d'atome est représentée par un symbole atomique. Un symbole atomique est constitué soit : d'une lettre majuscule (exemple : C ; F ; H) ; d'une lettre majuscule suivie d'une lettre minuscule (exemple : Fe ou Cl).
Règle du duet (applicable aux atomes de numéro atomique Z ≤ 4) : un atome ou un ion est stable si la couche externe (la couche K dans le cas présent) est remplie avec deux électrons.
Une liaison hydrogène peut s'établir entre un atome d'hydrogène lié par covalence à un atome A très électronégatif -- comme le fluor (F), l'oxygène (O) ou l'azote (N) -- et un atome B très électronégatif porteur d'un doublet non liant.
La liaison covalente est la plus forte ; c'est une liaison assurée par un partage d'électrons. Grossièrement, elle se forme lorsque chacun des atomes fournit un électron « célibataire » de sa couche externe. Les deux électrons s'apparient alors pour former la liaison.
La couche de valence (ou couche périphérique → électrons de valence) d'un atome est sa dernière couche électronique partiellement ou totalement remplie. Elle est caractérisée par le nombre quantique principal n le plus élevé.
Couche de valence. Electrons de valence : sont les électrons qui se trouvent sur la couche de valence et qui sont susceptibles d'intervenir dans l'établissement des liaisons chimiques entre différents atomes pour former une molécule.
Pour connaître la valence d'un élément, il faut regarder le tableau de périodique. On aperçoit au passage que les symboles ne sont pas disposés n'importe comment mais dans des colonnes avec à leur tête des chiffres romains.