Liens interatomiques: caractéristiques et types

La liaison interatomique est la liaison chimique qui se forme entre les atomes pour produire les molécules.

Bien que les scientifiques s'accordent généralement pour dire que les électrons ne tournent pas autour du noyau, on a toujours pensé qu'au cours de l'histoire, chaque électron graviterait autour du noyau d'un atome dans une couche séparée.

Aujourd'hui, les scientifiques ont conclu que les électrons planaient au-dessus de zones spécifiques de l'atome et ne formaient pas d'orbites, mais la couche de valence est toujours utilisée pour décrire la disponibilité des électrons.

Linus Pauling a contribué à la compréhension moderne de la liaison chimique en écrivant le livre "La nature du lien chimique" où il a recueilli les idées de Sir Isaac Newton, d'Étienne François Geoffroy, d'Edward Frankland et en particulier de Gilbert N. Lewis.

Dans ce document, il a lié la physique de la mécanique quantique à la nature chimique des interactions électroniques qui se produisent lors de la création de liaisons chimiques.

Les travaux de Pauling se sont attachés à établir que les véritables liaisons ioniques et covalentes se situent aux extrémités d'un spectre de liaison et que la plupart des liaisons chimiques sont classées entre ces extrêmes.

Pauling a également développé une échelle mobile de type de liaison régie par l’électronégativité des atomes impliqués dans la liaison.

Les contributions immenses de Pauling à notre compréhension moderne de la liaison chimique l'ont amené à recevoir le prix Nobel de 1954 pour "l'enquête sur la nature de la liaison chimique et son application à l'élucidation de la structure de substances complexes".

Les êtres vivants sont constitués d'atomes, mais dans la plupart des cas, ces atomes ne flottent pas individuellement. Au lieu de cela, ils interagissent généralement avec d'autres atomes (ou groupes d'atomes).

Par exemple, les atomes peuvent être reliés par des liaisons fortes et organisés en molécules ou en cristaux. Ou bien, ils peuvent former des liaisons temporaires et faibles avec d'autres atomes qui entrent en collision avec eux.

Les liens forts qui lient les molécules et les liens faibles qui créent des liens temporaires sont essentiels à la chimie de notre corps et à l'existence de la vie elle-même.

Les atomes ont tendance à s'organiser de la manière la plus stable possible, ce qui signifie qu'ils ont tendance à remplir ou à combler leurs orbites électroniques les plus à l'extérieur.

Ils s'associent à d'autres atomes pour faire exactement cela. La force qui maintient les atomes ensemble dans des collections connues sous le nom de molécules est appelée liaison chimique.

Types de liaisons chimiques interatomiques

Lien métallique

La liaison métallique est la force qui maintient les atomes ensemble dans une substance métallique pure. Un tel solide est constitué d'atomes serrés.

Dans la plupart des cas, la couche d'électrons la plus externe de chacun des atomes de métal chevauche un grand nombre d'atomes voisins.

En conséquence, les électrons de valence se déplacent de manière continue d'un atome à un autre et ne sont associés à aucune paire d'atomes spécifique (Encyclopædia Britannica, 2016).

Les métaux possèdent plusieurs qualités uniques, telles que la capacité de conduire de l'électricité, une faible énergie d'ionisation et une faible électronégativité (ils cèdent donc facilement les électrons, c'est-à-dire qu'ils sont des cations).

Ses propriétés physiques ont une apparence brillante et sont malléables et ductiles. Les métaux ont une structure cristalline. Cependant, les métaux sont également malléables et ductiles.

Dans les années 1900, Paul Drüde a proposé la théorie des électrons des électrons en modélisant les métaux sous la forme d'un mélange de noyaux atomiques (noyaux atomiques = noyaux positifs + couche interne d'électrons) et d'électrons de valence.

Dans ce modèle, les électrons de valence sont libres, délocalisés, mobiles et ne sont associés à aucun atome particulier (Clark, 2017).

Lien ionique

Les liaisons ioniques sont de nature électrostatique. Ils se produisent lorsqu'un élément à charge positive rejoint un élément à charge négative en raison d'interactions coulombiques.

Les éléments à faible énergie d'ionisation ont tendance à perdre facilement des électrons, tandis que les éléments à forte affinité électronique ont tendance à gagner des électrons en produisant respectivement des cations et des anions, qui forment les liaisons ioniques.

Les composés qui présentent des liaisons ioniques forment des cristaux ioniques dans lesquels les ions des charges positives et négatives oscillent les uns près des autres, mais il n’existe pas toujours de corrélation directe 1-1 entre les ions positifs et négatifs.

Les liaisons ioniques peuvent généralement être rompues par hydrogénation ou par addition d’eau à un composé (Wyzant, Inc., SF).

Les substances maintenues ensemble par des liaisons ioniques (telles que le chlorure de sodium) peuvent généralement être séparées en véritables ions chargés lorsqu'elles sont soumises à une force externe, par exemple lorsqu'elles se dissolvent dans de l'eau.

De plus, sous forme solide, les atomes individuels ne sont pas attirés par un voisin individuel mais forment des réseaux géants qui sont attirés les uns par les autres par les interactions électrostatiques entre le noyau de chaque atome et les électrons de valence voisins.

La force d'attraction entre les atomes voisins confère aux solides ioniques une structure extrêmement ordonnée, appelée grille ionique, dans laquelle les particules de charge opposée s'alignent pour créer une structure rigide étroitement liée (Anthony Capri, 2003).

Liaison covalente

La liaison covalente se produit lorsque les paires d'électrons sont partagées par les atomes. Les atomes seront liés de manière covalente avec d'autres atomes pour gagner en stabilité, ce qui est obtenu en formant une couche d'électrons complète.

En partageant leurs électrons les plus externes (valence), les atomes peuvent remplir leur couche externe d'électrons et gagner en stabilité.

Bien que l'on dise que les atomes partagent des électrons lorsqu'ils forment des liaisons covalentes, ils ne les partagent généralement pas de manière égale. Ce n'est que lorsque deux atomes du même élément forment une liaison covalente que les électrons partagés sont réellement partagés également entre les atomes.

Lorsque les atomes de différents éléments partagent des électrons par la liaison covalente, l'électron sera davantage entraîné vers l'atome, la plus grande électronégativité conduisant à une liaison covalente polaire.

Comparés aux composés ioniques, les composés covalents ont généralement des points de fusion et d'ébullition plus bas et ont moins tendance à se dissoudre dans l'eau.

Les composés covalents peuvent être à l'état gazeux, liquide ou solide et ne conduisent pas l'électricité et ne chauffent pas bien (Camy Fung, 2015).

Ponts d'hydrogène

Les liaisons hydrogène ou les liaisons hydrogène sont des interactions faibles entre un atome d'hydrogène lié à un élément électronégatif et un autre élément électronégatif.

Dans une liaison covalente polaire contenant de l'hydrogène (par exemple, une liaison OH dans une molécule d'eau), l'hydrogène aura une légère charge positive car les électrons de liaison sont attirés plus fortement vers l'autre élément.

En raison de cette légère charge positive, l'hydrogène sera attiré par toute charge négative voisine (Khan, SF).

Liens de Van der Waals

Ce sont des forces électriques relativement faibles qui attirent les molécules neutres les unes dans les autres dans les gaz, dans les gaz liquéfiés et solidifiés et dans presque tous les liquides organiques et solides.

Les forces ont été nommées en l'honneur du physicien néerlandais Johannes Diderik van der Waals, qui a postulé pour la première fois ces forces intermoléculaires dans le développement d'une théorie pour expliquer les propriétés des gaz réels (Encyclopædia Britannica, 2016).

Les forces de Van der Waals sont un terme général utilisé pour définir l’attraction de forces intermoléculaires entre des molécules.

Il existe deux types de forces de Van der Waals: les forces de la dispersion de Londres qui sont des forces dipolaires-dipôles faibles et les forces plus fortes (Kathryn Rashe, 2017).