Liaisons, géométrie et interactions

Réponse attendue : A, C

1. A — Vrai. On additionne 4 électrons pour C et 2 × 6 pour les deux O : 4 + 12 = 16 électrons, soit huit doublets de valence.

2. B — Faux. Les quatre paires autour de C sont intégralement liantes dans O=C=O ; les doublets non liants se trouvent sur les oxygènes.

3. C — Vrai. Chaque double liaison C=O comprend un doublet σ et un doublet π ; avec deux doubles liaisons, les huit électrons autour de C satisfont l'octet.

4. D — Faux. La géométrie autour du carbone dépend de ses deux domaines C=O et de l'absence de doublet libre sur C : CO₂ est linéaire.

5. E — Faux. Pour chaque O doublement lié, la charge formelle vaut 6 − 4 électrons non liants − 2 électrons attribués des liaisons = 0 ; elle n'est pas −1.

Réponse attendue : C, D, E

1. A — Faux. Les contributions sont 4 pour C, 3 × 6 = 18 pour O et 2 électrons supplémentaires pour la charge 2−, soit 4 + 18 + 2 = 24 électrons de valence.

2. B — Faux. Aucun des trois oxygènes n'est privilégié par l'ion carbonate isolé ; une forme de Lewis n'est qu'une contribution à la description délocalisée.

3. C — Vrai. Une double liaison compte comme un domaine pour VSEPR : trois directions C–O et aucun doublet libre sur C donnent AX₃, environ 120°.

4. D — Vrai. Les trois formes de résonance ne sont pas trois molécules distinctes qui s'échangent : l'ion réel délocalise les électrons et présente trois liaisons équivalentes.

5. E — Vrai. La somme des charges formelles est alors −2 ; l'oxygène doublement lié et le carbone ont chacun une charge formelle nulle.

Réponse attendue : A, B, D, E

1. A — Vrai. Les cinq électrons de valence de N forment trois liaisons N–H, laissant deux électrons, soit un doublet libre sur N.

2. B — Vrai. Quatre domaines liants de type AX₄ s'orientent tétraédriquement, avec des angles proches de 109,5°.

3. C — Faux. La description de formation par don de doublet est utile, mais l'ion produit possède quatre liaisons N–H équivalentes.

4. D — Vrai. Trois domaines liants et un domaine non liant définissent quatre directions électroniques ; seules les positions des noyaux donnent la pyramide trigonale.

5. E — Vrai. Autour de l'azote, on attribue un électron à chacune des quatre liaisons N–H et aucun doublet libre ; sa charge formelle vaut 5 − 4 = +1.

Réponse attendue : C, E

1. A — Faux. La répulsion des doublets contribue à réduire l'angle des deux liaisons par rapport aux 109,5° tétraédriques ; l'angle observé est proche de 104,5°.

2. B — Faux. Il faut compter aussi les deux doublets non liants ; ils écartent les liaisons et empêchent une géométrie H–O–H à 180°.

3. C — Vrai. Les deux liaisons et les deux doublets non liants font quatre domaines ; AX₂E₂ conduit à une forme moléculaire coudée.

4. D — Faux. Les quatre domaines sont deux liaisons O–H et deux doublets non liants. Seules trois positions correspondent à des noyaux : un O et deux H.

5. E — Vrai. Chaque liaison O–H est polarisée vers O et les deux vecteurs ne sont pas opposés à 180° ; leur somme ne s'annule pas.

Réponse attendue : A, C, D, E

1. A — Vrai. B forme trois liaisons σ avec les trois F ; dans cette forme usuelle, les trois doublets liants représentent six électrons autour de B.

2. B — Faux. BF₃ ne contient aucun H à céder ; son caractère acide ici désigne l'acceptation d'un doublet électronique, non d'un proton.

3. C — Vrai. Trois paires de liaison représentent six électrons autour de B, et non huit ; cela rend possible l'acceptation d'un doublet de NH₃.

4. D — Vrai. L'azote de NH₃ donne son doublet non liant vers une orbitale vacante du bore ; on forme un adduit F₃B←NH₃.

5. E — Vrai. B a trois domaines liants sans doublet libre dans la représentation principale ; AX₃ conduit à des angles proches de 120°.

Réponse attendue : B, E

1. A — Faux. La formule et la structure moléculaire de SF₆ correspondent à six liaisons S–F autour du soufre central.

2. B — Vrai. Les F identiques occupent symétriquement les six positions ±x, ±y et ±z ; les contributions opposées compensent le moment résultant.

3. C — Faux. Chaque liaison a bien un dipôle, mais la symétrie octaédrique annule exactement la somme vectorielle des six dipôles dans la molécule idéale.

4. D — Faux. La représentation de Lewis à six liaisons décrit la valence ; elle ne démontre pas l'occupation de six orbitales d. Un tel raccourci orbitalaire est injustifié.

5. E — Vrai. Les six liaisons partent du S central sans doublet non liant sur celui-ci dans la structure usuelle ; les directions forment un octaèdre.

Réponse attendue : A, C, E

1. A — Vrai. Quatre directions de liaison autour d'un C tétraédrique sont souvent décrites à l'aide de quatre orbitales hybrides sp³ ; c'est un modèle, pas quatre liaisons π.

2. B — Faux. Le carbone central a quatre domaines liants ; VSEPR AX₄ prédit la géométrie tétraédrique, et non un angle de 180°.

3. C — Vrai. Ses quatre liaisons C–H sont disposées symétriquement vers quatre sommets équivalents ; les moments de liaison se compensent.

4. D — Faux. La formule CH₃Cl indique trois atomes H et un atome Cl liés au carbone. Celui-ci porte donc trois liaisons C–H et une seule liaison C–Cl.

5. E — Vrai. La substitution d'un H par Cl détruit l'équivalence des quatre directions ; la somme des moments de liaison ne s'annule plus.

Réponse attendue : B, C, D, E

1. A — Faux. Une rotation importante désaligne les orbitales p qui se recouvrent latéralement ; elle ne se fait pas librement sans rompre la composante π.

2. B — Vrai. Chaque C est lié dans trois directions (deux H et l'autre C), avec une orbitale p non hybridée pour la composante π.

3. C — Vrai. Un recouvrement selon l'axe des noyaux forme σ et le recouvrement latéral des orbitales p restantes forme π ; il y a deux composantes de liaison.

4. D — Vrai. Les quatre liaisons C–H sont σ ; la composante σ de C=C apporte la cinquième. La composante π n'est pas une sixième liaison σ.

5. E — Vrai. La seule double liaison C=C apporte une composante π ; les quatre liaisons C–H sont simples et donc seulement σ.

Réponse attendue : E

1. A — Faux. L'éthyne possède deux liaisons C–H σ et une composante σ dans C≡C, soit trois liaisons σ. Les deux autres composantes de la triple liaison sont π.

2. B — Faux. Chaque carbone n'a que deux directions de liaison, vers H et vers l'autre C ; la géométrie locale est linéaire, proche de 180°.

3. C — Faux. Une triple liaison comporte exactement deux composantes π ; prétendre qu'elle n'en a aucune revient à confondre les trois ordres de liaison.

4. D — Faux. Chaque carbone n'a que deux directions de liaison σ et est linéaire : une description sp est appropriée ; les deux orbitales p restantes forment les liaisons π.

5. E — Vrai. Une première liaison selon l'axe C–C est σ ; les deux recouvrements latéraux indépendants fournissent deux π.

Réponse attendue : A, B, E

1. A — Vrai. N est lié trois fois à C et conserve deux électrons hors liaisons ; il satisfait ainsi l'octet et sa charge formelle est nulle.

2. B — Vrai. Autour de C, la liaison C–H et la liaison C≡N définissent deux domaines électroniques ; l'angle H–C–N est voisin de 180°.

3. C — Faux. C a quatre liaisons comptées en demi-électrons et aucun doublet libre : sa charge formelle vaut 4 − 4 = 0.

4. D — Faux. Une triple liaison comporte trois paires d'électrons, mais une seule composante σ et deux composantes π.

5. E — Vrai. On additionne 1 + 4 + 5 = 10 électrons ; quatre doublets liants dans H–C≡N en utilisent huit, laissant un doublet libre sur N.

Réponse attendue : B, C, D, E

1. A — Faux. La seule liaison multiple est C=O et elle contient une seule composante π ; les liaisons C–Cl simples sont des liaisons σ.

2. B — Vrai. Le groupe O diffère des deux Cl : la contribution C=O et celles des deux C–Cl n'ont pas des modules identiques et ne s'annulent pas par symétrie.

3. C — Vrai. La liaison C=O vaut un domaine VSEPR et les deux liaisons C–Cl deux autres ; C a donc trois domaines de liaison.

4. D — Vrai. La double liaison à O compte quatre électrons autour de C et les deux liaisons simples à Cl en comptent quatre autres, soit huit.

5. E — Vrai. La répartition de trois domaines liants autour de C est de type AX₃ et les trois atomes périphériques sont proches d'un même plan.

Réponse attendue : B, C

1. A — Faux. Le moment dépend de la polarisation des liaisons et surtout de leurs directions ; linéaire et coudé donnent des sommes vectorielles différentes.

2. B — Vrai. La géométrie coudée empêche deux dipôles S–O équivalents de se compenser ; leur résultante est non nulle.

3. C — Vrai. Les deux dipôles C=O identiques pointent dans des directions opposées le long d'une même droite ; leur somme vectorielle vaut zéro.

4. D — Faux. Le soufre central a aussi un domaine associé à un doublet non liant dans une description VSEPR ; la forme moléculaire est coudée.

5. E — Faux. L'addition vectorielle dépend de l'angle entre les liaisons : annulation à 180° dans CO₂, résultante non nulle dans SO₂.

Réponse attendue : A, B, C, E

1. A — Vrai. Les quatre directions C–Cl sont équivalentes et se compensent dans un tétraèdre régulier, malgré la polarité de chaque liaison.

2. B — Vrai. La somme des quatre vecteurs identiques de CCl₄ est nulle par symétrie tétraédrique ; le cas illustre ce principe.

3. C — Vrai. Les quatre substituants ne sont plus identiques et les contributions des trois C–Cl et de C–H ne s'annulent pas exactement.

4. D — Faux. Quatre domaines liants sur le carbone central donnent AX₄, géométrie tétraédrique et non linéaire.

5. E — Vrai. Les liaisons ont des dipôles individuels ; la somme des quatre vecteurs dans la géométrie tétraédrique symétrique est nulle.

Réponse attendue : A, C, D

1. A — Vrai. Ses liaisons O–H fournissent des H donneurs et les doublets libres de O peuvent accepter une liaison H d'une autre molécule.

2. B — Faux. Une liaison hydrogène est une interaction intermoléculaire directionnelle ; elle n'est pas l'ajout systématique d'une liaison covalente ordinaire.

3. C — Vrai. Le H lié à O est suffisamment polarisé et peut interagir avec un atome accepteur porteur d'un doublet libre.

4. D — Vrai. L'oxygène du groupe C=O porte des doublets non liants et peut accepter l'hydrogène d'une liaison O–H de l'eau ; l'acétone ne possède pas elle-même de O–H donneur.

5. E — Faux. L'acétone ne contient aucune liaison O–H ou N–H : elle est accepteur usuel, mais ne donne pas de liaison H par O–H.

Réponse attendue : A, B

1. A — Vrai. Les deux substances sont des isomères de constitution : leurs groupes fonctionnels et leurs interactions intermoléculaires diffèrent.

2. B — Vrai. L'éthanol possède O–H donneur et O accepteur ; un réseau d'interactions O–H···O augmente l'énergie nécessaire à la vaporisation.

3. C — Faux. La vaporisation surmonte surtout les interactions entre molécules ; les molécules d'éthanol conservent normalement leurs liaisons covalentes internes.

4. D — Faux. Dans l'éther, il n'y a pas de liaison O–H donneuse ; il ne peut donc pas établir entre ses propres molécules le même réseau O–H···O.

5. E — Faux. CH₃OCH₃ contient un O lié aux deux carbones ; il est polaire et accepteur possible de liaisons H venues d'un autre donneur.

Réponse attendue : B, C, E

1. A — Faux. Le n-pentane n'a ni donneur O–H ou N–H ni atome accepteur classique ; l'explication principale est la dispersion, non une liaison H.

2. B — Vrai. La chaîne allongée offre des zones de contact plus étendues que le néopentane compact, ce qui renforce en moyenne les interactions de dispersion.

3. C — Vrai. Un nuage électronique fluctuant induit des dipôles instantanés même dans des molécules apolaires ; ces interactions sont présentes dans tout alcane.

4. D — Faux. Ces deux molécules sont des isomères de formule brute C₅H₁₂ : leur composition en éléments et donc leur masse molaire sont identiques, malgré leurs formes différentes.

5. E — Vrai. Malgré une composition et une masse molaires identiques, la ramification modifie les contacts possibles et donc la cohésion du liquide.

Réponse attendue : C, D

1. A — Faux. L'éthanol et l'acétone sont des contre-exemples : leurs groupes polaires établissent des interactions favorables avec l'eau.

2. B — Faux. Agiter les volumes indiqués disperse temporairement les gouttelettes de n-hexane ; après repos, l'excès de n-hexane reforme une seconde phase.

3. C — Vrai. L'alcane apolaire est très peu soluble dans l'eau : 5,0 mL ajoutés à 50,0 mL d'eau dépassent largement sa solubilité et forment une seconde phase après repos.

4. D — Vrai. Le groupe OH échange des liaisons H avec l'eau ; sa petite chaîne carbonée C₂ ne contrebalance pas cet effet.

5. E — Faux. Le groupe C=O accepte des liaisons H données par l'eau ; l'acétone et l'eau sont miscibles, même sans O–H dans l'acétone.

Réponse attendue : A, B, C, D

1. A — Vrai. Les liaisons H entre molécules d'éthanol élargissent la bande de l'élongation O–H ; sa position dépend du milieu.

2. B — Vrai. L'éthanol possède C–O et O–H, mais pas de carbonyle C=O ; une liaison simple C–O n'a pas la même absorption qu'une double liaison C=O.

3. C — Vrai. La fonction –COOH réunit C=O et O–H : on attend des absorptions associées aux deux, avec une bande O–H acide très large selon le milieu.

4. D — Vrai. Le groupe cétone contient une liaison carbonyle dont la vibration d'élongation absorbe approximativement dans cette région, selon l'environnement.

5. E — Faux. De nombreuses fonctions carbonylées absorbent dans des régions proches ; il faut croiser les autres bandes et le contexte structural.

Réponse attendue : A, D

1. A — Vrai. La succession C=C–C=C est caractéristique de deux doubles liaisons conjuguées : un squelette de quatre atomes peut porter une conjugaison.

2. B — Faux. La proximité des orbitales p permet une délocalisation π sur la chaîne ; les traits de Lewis sont une représentation, pas des frontières rigides.

3. C — Faux. Le système conjugué 1,3-butadiène ne comprend que C=C–C=C ; la continuité des orbitales p, et non une liaison triple, est le critère.

4. D — Vrai. Chaque carbone de la chaîne est approximativement sp² ; les orbitales p adjacentes peuvent se recouvrir sur quatre centres et délocaliser les électrons π.

5. E — Faux. Le carbone CH₂ central sp³ interrompt la suite d'orbitales p contiguës ; les deux doubles liaisons sont séparées.

Réponse attendue : A, B, D, E

1. A — Vrai. La délocalisation augmente l'ordre de liaison C–N par rapport à une simple liaison C–N localisée, ce qui freine la rotation autour de C–N.

2. B — Vrai. Le groupe C=O présente des doublets sur l'oxygène ; dans une chaîne peptidique, cet oxygène peut accepter une liaison H externe.

3. C — Faux. La délocalisation du doublet de N vers le carbonyle réduit sa disponibilité pour capter un proton ou former un adduit, contrairement à une amine ordinaire.

4. D — Vrai. Le caractère partiel de double liaison entraîne une barrière de rotation ; la délocalisation favorise un fragment presque plan.

5. E — Vrai. Un doublet de l'azote adjacent au C=O se délocalise dans le système O=C–N ; les formes limites illustrent ce partage électronique.