Calculateur d'Ordre de Liaison - Déterminer la Force de Liaison Moléculaire
Calculez l'ordre de liaison pour toute molécule en utilisant la théorie des orbitales moléculaires. Déterminez instantanément la force, la longueur et le type de liaison pour O2, N2, H2 et d'autres composés.
Calculateur d'Ordre de Liaison Chimique
Entrez une formule chimique pour calculer son ordre de liaison. Fonctionne mieux avec les molécules diatomiques (O2, N2, H2, F2, CO) et fournit l'ordre de liaison moyen pour les composés polyatomiques.
Documentation
Qu'est-ce que l'ordre de liaison ?
L'ordre de liaison est un nombre qui indique combien de liaisons chimiques relient deux atomes dans une molécule. Il découle de la théorie des orbitales moléculaires, un modèle de la liaison chimique dans lequel les électrons occupent des orbitales partagées qui entourent toute la molécule, plutôt que de rester sur un seul atome. Un ordre de liaison de 1 correspond à une liaison simple, 2 à une liaison double et 3 à une liaison triple. L'ordre de liaison permet aussi de prévoir la force et la longueur de la liaison : un ordre de liaison plus élevé correspond à une liaison plus courte et plus forte.
Formule de l'ordre de liaison
Les orbitales moléculaires sont de deux types. Une orbitale liante contient des électrons qui rapprochent les deux atomes. Une orbitale antiliante contient des électrons qui écartent les atomes. L'ordre de liaison se calcule à partir des électrons de chaque type :
La division par 2 tient compte du fait qu'une liaison est constituée de deux électrons.
Comment calculer l'ordre de liaison
- Trouver le diagramme des orbitales moléculaires de la molécule ou déterminer le nombre de ses électrons de valence.
- Compter les électrons présents dans les orbitales liantes (notées σ et π).
- Compter les électrons présents dans les orbitales antiliantes (notées σ* et π*).
- Soustraire le nombre d'électrons antiliants du nombre d'électrons liants.
- Diviser le résultat par 2.
Exemple détaillé : oxygène (O₂)
L'oxygène possède 12 électrons de valence. Le remplissage de son diagramme des orbitales moléculaires place 8 électrons dans les orbitales liantes et 4 dans les orbitales antiliantes.
Ordre de liaison = (8 − 4) / 2 = 2
Cela correspond à la double liaison O=O observée expérimentalement par les chimistes. Le modèle des orbitales moléculaires explique aussi pourquoi O₂ est paramagnétique (attiré par un champ magnétique) : deux de ses électrons antiliants sont célibataires, ce qu'une simple structure de Lewis ne peut pas montrer.
Molécules courantes et leurs ordres de liaison
| Molécule | e⁻ liants | e⁻ antiliants | Ordre de liaison | Type de liaison |
|---|---|---|---|---|
| H₂ | 2 | 0 | 1 | Simple |
| N₂ | 8 | 2 | 3 | Triple |
| O₂ | 8 | 4 | 2 | Double |
| F₂ | 8 | 6 | 1 | Simple |
| CO | 8 | 2 | 3 | Triple |
| NO | 8 | 3 | 2,5 | Fractionnaire |
Les ordres de liaison fractionnaires, comme 2,5 pour le monoxyde d'azote (NO), apparaissent lorsqu'une molécule possède un nombre impair d'électrons ou lorsque sa structure est un mélange de plusieurs arrangements. Le benzène est un exemple bien connu absent de ce tableau : chaque liaison carbone-carbone a un ordre de liaison de 1,5, à mi-chemin entre une liaison simple et une liaison double, car les électrons du cycle sont répartis uniformément autour des six atomes de carbone plutôt que fixés à un emplacement.
La triple liaison de l'azote est exceptionnellement forte, ce qui explique pourquoi le gaz N₂ résiste à la dissociation, bien que l'azote constitue la majeure partie de l'atmosphère terrestre. Le fluor, malgré son caractère très réactif, ne possède qu'une liaison simple dans F₂ ; cette liaison relativement faible explique en partie pourquoi F₂ réagit si facilement avec d'autres substances.
Utilisation du calculateur
Saisir une formule chimique dans le champ de saisie, par exemple O2, N2, CO ou H2O, en utilisant des chiffres ordinaires plutôt que des indices. L'ordre de liaison s'affiche automatiquement dès qu'une formule reconnue est saisie ; aucun bouton distinct n'est nécessaire. Sélectionner Réinitialiser pour vider le champ.
Les formules sont sensibles à la casse : CO (monoxyde de carbone) n'est pas la même entrée que co ou Co. L'outil reconnaît une liste fixe de 37 formules : 13 molécules diatomiques homonucléaires (comme H₂, O₂ et Ne₂) et 24 composés courants. Certaines entrées, comme He₂, Be₂ et Ne₂, renvoient un ordre de liaison de 0, ce qui signifie que la théorie des orbitales moléculaires ne prévoit aucune liaison stable. Pour une molécule polyatomique comme CO₂, il renvoie un ordre de liaison moyen pour l'ensemble des liaisons de la molécule, et non une valeur distincte pour chaque liaison. Saisir une formule hors de cette liste renvoie un message demandant une molécule plus simple.
Relation entre l'ordre de liaison, la force et la longueur de liaison
L'ordre de liaison et la longueur de liaison évoluent en sens inverse : quand l'ordre de liaison augmente, la longueur de liaison diminue. L'ordre de liaison et la force de liaison évoluent dans le même sens : quand l'ordre de liaison augmente, l'énergie nécessaire pour rompre la liaison augmente aussi. Les liaisons carbone-carbone illustrent clairement cette tendance. Les valeurs ci-dessous proviennent du tableau des liaisons de Chemistry 2e d'OpenStax.
| Liaison | Ordre de liaison | Longueur | Énergie de dissociation |
|---|---|---|---|
| C–C | 1 | 154 pm | 345 kJ/mol |
| C=C | 2 | 134 pm | 611 kJ/mol |
| C≡C | 3 | 120 pm | 837 kJ/mol |
Le même phénomène s'observe en spectroscopie infrarouge, une technique qui identifie les liaisons grâce à la fréquence de la lumière qu'elles absorbent. Les liaisons triples vibrent à des fréquences plus élevées que les liaisons doubles, qui vibrent à des fréquences plus élevées que les liaisons simples ; les chimistes peuvent donc souvent déterminer le type de liaison présent simplement à partir de la position à laquelle un échantillon absorbe la lumière infrarouge.
Limites de l'ordre de liaison
La formule ci-dessus fonctionne bien pour les molécules covalentes simples, dans lesquelles deux atomes partagent directement des électrons. Elle s'applique moins facilement dans d'autres cas.
Les molécules présentant une résonance, comme le benzène ou l'ozone, n'obtiennent qu'un ordre de liaison moyen plutôt qu'une valeur correspondant à une structure exacte donnée. Les composés des métaux de transition font intervenir des orbitales d et d'autres effets que la formule élémentaire liants moins antiliants ne prend pas en compte ; pour ces cas, les chimistes utilisent des méthodes plus spécialisées, comme l'ordre de liaison de Mayer.
Les composés ioniques constituent un cas à part. Le chlorure de sodium (NaCl) est maintenu par l'attraction électrique entre les ions Na⁺ et Cl⁻, et non par une paire d'électrons partagée dans une orbitale moléculaire. Un ordre de liaison issu des orbitales moléculaires ne décrit pas strictement ce type de liaison. Certains tableaux de référence, dont celui de ce calculateur, indiquent tout de même un ordre de liaison nominal de 1 pour ces composés, comme valeur approximative de remplacement, mais ce nombre n'a pas la même signification physique que pour une molécule covalente comme O₂ ou N₂.
Foire aux questions
Qu'est-ce que l'ordre de liaison en termes simples ? C'est un nombre qui indique combien de liaisons unissent deux atomes : 1 pour une liaison simple, 2 pour une liaison double, 3 pour une liaison triple, et des fractions comme 1,5 pour les molécules à résonance.
Comment calcule-t-on l'ordre de liaison ? On soustrait le nombre d'électrons antiliants du nombre d'électrons liants, puis on divise par 2.
Pourquoi l'azote (N₂) a-t-il un ordre de liaison plus élevé que l'oxygène (O₂) ? N₂ n'a que 2 électrons antiliants, alors que O₂ en a 4. Moins d'électrons antiliants donnent une liaison nette plus forte ; l'ordre de liaison de N₂, soit 3, est donc supérieur à celui de O₂, soit 2.
L'ordre de liaison peut-il être une fraction ? Oui. Les molécules ayant un nombre impair d'électrons de valence, ou une résonance entre plusieurs structures, ont des ordres de liaison fractionnaires, comme 2,5 pour NO ou 1,5 pour les liaisons carbone-carbone du benzène.
Un ordre de liaison plus élevé signifie-t-il toujours une molécule plus stable ? Un ordre de liaison plus élevé signifie généralement une liaison individuelle plus forte, mais la stabilité globale de la molécule dépend aussi de la géométrie, de la résonance et de la stabilité des produits qu'une réaction formerait.
L'ordre de liaison s'applique-t-il aux composés ioniques comme le sel de table ? Pas au sens strict des orbitales moléculaires. Les composés ioniques sont maintenus par l'attraction entre ions chargés plutôt que par des paires d'électrons partagées ; la formule « liants moins antiliants » ne les décrit donc pas vraiment, même lorsqu'une valeur nominale est indiquée par commodité.
Références
- OpenStax (Rice University). Chemistry 2e, section 8.4 "Molecular Orbital Theory". Chemistry 2e: Molecular Orbital Theory — ordre de liaison = (électrons liants − électrons antiliants) / 2 ; O₂ a deux électrons non appariés ; ordres de liaison O₂ = 2, N₂ = 3.
- OpenStax (Rice University). Chemistry 2e, section 7.5 "Strengths of Ionic and Covalent Bonds". Chemistry 2e: Strengths of Ionic and Covalent Bonds — C–C 1,54 Å, 345 kJ/mol ; C=C 1,34 Å, 611 kJ/mol ; C≡C 1,20 Å, 837 kJ/mol.