SOS physique-chimie

Bonjour,

J'ai un exercice à faire. Pouvez-vous m'aider s'il vous plait ?

Le voici :

Les atomes d'hydrogène H, de silicium Si, de phosphore P et de soufre S ont respectivement pour numéro atomique Z=1, 14, 15 et 16.

1. a) Donner la structure électronique de chaque atome.

Hydrogène : K1.
Silicium : K2L8M4
Phosphore : K2L8M5
Soufre : K2L8M6

b) En déduire le nombre de liaisons covalentes réalisées par chacun d'eux, ainsi que le nombre de doublets non liants qu'il possède éventuellement.

Electrons de valence de l'élément hydrogène : 1. Donc règle du duet. Après je ne sais pas comment justifier, mais je pense qu'il aura une liaison covalente, et pas de doublet non liant.

Electrons de valence de l'élément silicium : 4. Donc règle de l'octet. Après je ne sais pas comment justifier, mais je pense qu'il aura 4 liaisons covalentes et 2 doublets non liants.

Electrons de valence de l'élément phosphore : 5. Donc règle de l'octet. Après je ne sais pas comment justifier, mais je pense qu'il aura 3 liaisons covalentes et 1 doublets non liant.

Electrons de valence de l'élément soufre : 6. Donc règle de l'octet. Après je ne sais pas comment justifier, mais je pense qu'il aura 4 liaisons covalentes et 2 doublets non liants.

2. Le silane, le phosphane, et le sulfure d'hydrogène sont des molécules uniquement constituées d'hydrogène et respectivement de silicium, de phosphate et de soufre. Donner la formule brute de chacune de ses molécules ainsi que leur représentation de Lewis.

Je ne sais pas comment faire.

3. Prévoir la géométrie de ces trois molécules et les représenter. Justifier vos réponses.

Je ne sais pas non plus...

Merci pour votre aide.

Bonjour,
Vos structures électroniques en 1a sont correctes ainsi que la règle suivie par chacun des atomes en 1b.
Pour pouvoir justifier vos réponses (correctes pour l'hydrogène et le phosphore mais pas pour les deux autres) il faut revenir à la définition d'un doublet liant et à celle d'un doublet non liant. Il faut également bien comprendre comment s'applique la règle du duet ou celle de l'octet dans le cas où il y a formation de liaisons. Pourriez vous me rappeler les définitions des doublets (liant et non liant) ? Que dit la règle de l'octet ?

- Les doublets non liants sont les paires d'électrons externes non impliqués dans une liaison covalente.
- Les doublets liants sont une mise en commun entre deux atomes de deux électrons.

La règle de l'octet dit que l'atome "veut" avoir 8 électrons sur sa couche électronique externe.

En fait, j'aurais besoin d'une formule précise pour calculer le nombre de doublets non liants et de doublets liants en fonction du nombre d'électrons de valence.

Ne vous inquiétez pas j'espère bien vous faire trouver la formule dont vous avez besoin. Prenons l'exemple du phosphore. Il a 5 électrons de valence. Pourriez vous répondre aux questions suivantes :
Combien d'électrons doit-il gagner pour suivre la règle de l'octet ?
Comment gagne-t-il ces électrons ? En déduire le nombre de doublet liant formé par un atome de phosphore.
Combien d'électrons du phosphore participent aux doublets liants ?
Combien d'électrons du phosphore ne participent pas aux doublets liants ? En déduire le nombre de doublet non liant.

- Il doit gagner 3 électrons.
- Il gagne ces électrons en formant trois doublets liants (mise en commun avec 3 autres électrons d'un autre atome).
- 3 électrons participent à la formation des doublets liants.
- 5-3, soit 2 électrons ne participent pas aux doublets liants. Il y a donc 1 doublets non liant. (2/2).

Est-ce juste ?

Très bien ! Pouvez-vous reprendre vos réponses pour les autres atomes en suivant le même raisonnement ?

Electrons de valence de l'élément hydrogène : 1. Donc règle du duet.
- Il doit gagner 1 électron.
- Il gagne ces électrons en formant un doublets liant (mise en commun avec 1 autres électron d'un autre atome).
- 1 électron participent à la formation des doublets liants.
- 1-1, soit 0 électron ne participent pas aux doublets liants. Il n'y a donc pas de doublets non liants.

Electrons de valence de l'élément silicium : 4. Donc règle de l'octet.
- Il doit gagner 4 électrons.
- Il gagne ces électrons en formant 4 doublets liants (mise en commun avec 4 autres électrons d'un autre atome).
- 4 électrons participent à la formation des doublets liants.
- 4-4, soit 0 électron ne participent pas aux doublets liants. Il n'y a donc pas de doublets non liants.

Electrons de valence de l'élément phosphore : 5. Donc règle de l'octet.
- Il doit gagner 3 électrons.
- Il gagne ces électrons en formant trois doublets liants (mise en commun avec 3 autres électrons d'un autre atome).
- 3 électrons participent à la formation des doublets liants.
- 5-3, soit 2 électrons ne participent pas aux doublets liants. Il y a donc 1 doublets non liant. (2/2).

Electrons de valence de l'élément soufre : 6. Donc règle de l'octet.
- Il doit gagner 2 électrons.
- Il gagne ces électrons en formant deux doublets liants (mise en commun avec 2 autres électrons d'un autre atome).
- 2 électrons participent à la formation des doublets liants.
- 6-2, soit 4 électrons ne participent pas aux doublets liants. Il y a donc 2 doublets non liants. (4/2).


Mais ce travail est long en contrôle, peut-on utiliser une formule ? Sera-t-elle acceptée par mon professeur ?

Il faudra demander à votre professeur. Personnellement, je demande à ce que le raisonnement soit détaillé sur un atome (par exemple le phosphore), pour les autres je permet que l'on écrive "de même pour... on trouve...". Il faut distinguer les atomes qui suivent la règle du duet (un seul doublet liant) de ceux qui suivent la règle de l'octet. On peut aussi remarquer qu'un atome qui suit la règle de l'octet a quatre doublets en tout.
On peut aussi faire un raisonnement général : un atome qui suit la règle de l'octet est entouré de 8 électrons soit 4 doublets en tout. Le nombre de doublets liants est égal au nombre d'électrons manquants qu'il doit emprunter à des atomes voisins et le nombre de doublets non liants formés par les électrons non engagés dans des liaisons est donc 4 moins le nombre de doublet liant. Seul votre professeur pourra vous dire ce qu'il attend.

Merci pour votre réponse.

Du coup quelle formule rapide utilise-t-on ? Mon travail était juste ?

Pour la géométrie je ne sais pas du tout quoi faire.

Oui votre travail était parfaitement juste. Il y a bien des "formules" mais ce n'est pas des formules que l'on attend mais bien le raisonnement que vous venez d'effectuer : rechercher le nombre d'électrons manquants pour satisfaire à la règle (duet ou octet) et interpréter ce nombre comme le nombre de doublets liants que doit former l'atome.
La formule serait : nombre de doublets liants = nombres d'électrons manquants.
En déduire le nombre d'électrons qui ne participent pas aux doublets liants et qui forment donc les doublets non liants.
Les formules seraient :
nombre de doublets non liants = 4 - nombre de doublets liants (pour un atome suivant la règle de l'octet)
nombre de doublet non liant = 1 - nombre de doublet liant (pour un atome suivant la règle du duet)
Mais vous ne devez pas utiliser directement ces formules, c'est le raisonnement que l'on attend de vous.

Pour la géométrie, il faut raisonner sur le nombre de direction de doublets (liants et non liants). Ces directions se repoussent entre elles et se placent dans l'espace de façon à minimiser l'énergie de répulsion c'est à dire qu'elles se placent "le plus loin possible" les unes des autres.
Quelles sont les formules des 3 composés envisagés ?
Combien de directions de doublets a-t-on pour les trois atomes au centre (silicium, phosphore ou soufre) ?
Comment ces directions s'organisent-elles autour de l'atome centrale pour minimiser l'énergie de répulsion ?
Je suppose que vous avez déjà fait au moins une activité sur le sujet puisque apparemment vous avez vu la représentation de Cram.

Voilà ce que j'ai fait pour la question 3 :
En revanche, je ne sais pas quoi faire pour la géométrie, je ne comprends pas. Pourriez-vous me donner la réponse pour le silane, puis j'essaierai de faire les autres s'il vous plait ? Merci d'avance.

Pour le silane, combien chaque atome d'hydrogène fait-il de liaisons? Votre schématisation de cette molécule n'est pas correcte. Le silicium réalise bien quatre liaisons, mais avec chaque liaison réalisée l'est avec un seul atome H

J'ai rectifié mes réponses pour la question 3 :
Pour la géométrie :

- Silane : tétraédrique
- Phosphane : pyramidale
- Sulfure d'hydrogène : coudée

Comment justifier ?

Vos réponses sont tout à fait correctes !
Pour justifier la géométrie, je reprends ce que vous a écrit SoS(43): "Pour la géométrie, il faut raisonner sur le nombre de direction de doublets (liants et non liants). Ces directions se repoussent entre elles et se placent dans l'espace de façon à minimiser l'énergie de répulsion c'est à dire qu'elles se placent "le plus loin possible" les unes des autres."
Cela devrait vous permettre de répondre.

Je ne vois vraiment pas comment justifier... Pouvez-vous me donner un exemple pour une molécule s'il vous plait ?