CHIMIE

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COURS
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Structure électronique des molécules
1) Établir la configuration de l’ion H 2 – et déterminer
son indice de liaison.
2) Établir le bilan énergétique des interactions pour
les espèces diatomiques H 2 et H – 2. Commenter.
3) L’ion H – 2 a-t-il un caractère oxydant ou réducteur ?
1) L’ion H 2 – dispose de trois électrons (un par atome
de H auxquels se rajoute celui de la charge négative)
qui vont occuper les niveaux des O.M. s s et s s*. D’où
la configuration s 2 s s s* 1 .
s ∗ s
1s 1s
L’indice de liaison qui le caractérise,
I (H 2 – ) = (2 – 1) = 0,5 , est identique à celui trouvé
pour H 2 + .Étant inférieur à l’indice de liaison de
s s
APPLICATION 1
Propriétés de l’ion H – 2
H 2, il confère donc à l’ion H 2 – une stabilité moindre
que celle de H 2 .
2) Le bilan énergétique des interactions pour l’ion H2 –
est égal à 2 ∆E s + ∆E s*. Dans le cas de la molécule
de dihydrogène, ce bilan est égal à 2 ∆E s.
2 ∆E s 2 ∆E s + ∆E s∗ puisqu’un niveau antiliant est
déstabilisé davantage que le niveau liant correspondant
n’est stabilisé. Le bilan énergétique des interactions
est donc plus favorable dans le cas de la
molécule de dihydrogène que dans le cas de l’ion H – 2.
Ceci s’explique par le fait que l’électron du niveau
s s* 1 est moins stable que dans l’atome d’hydrogène,
de sorte qu’il aura tendance à partir spontanément :
H 2 – sera donc une entité très instable.
3) Le processus d’équation : H – 2 → H 2 + e – est
favorisé puisque la molécule de dihydrogène est plus
stable que l’ion H – 2. L’ion H – 2 a donc un caractère
réducteur.
Pour s’entraîner : ex. 3
2.2.3. Énergie d’un édifice diatomique homonucléaire
Dans le cas de l’ion H 2 + dans son état fondamental, l’énergie globale Eg de l’édifice
(somme de l’énergie de répulsion internucléaire et de l’énergie électronique)
peut être déterminée par le calcul (résolution de l’équation de Schrödinger)
pour différentes valeurs de la distance internucléaire d 12. Le document 14 présente
les résultats obtenus.
Cette énergie tend vers la valeur – 13,6 eV lorsque la distance d 12 tend vers
l’infini (la dissociation conduit à un atome d’hydrogène et un proton), ce qui
correspond à l’énergie E 1s de l’atome d’hydrogène dans son état fondamental
(l’origine des énergies correspond à l’électron et aux deux noyaux infiniment
éloignés les uns des autres).
Cette courbe présente un minimum pour d 12 = 106 pm ≈ 2 a 0. L’énergie correspondante
E g min est égale à -16,4 eV. Nous pouvons en déduire l’énergie de
dissociation : E dis = E 1s – E g min = 2,8 eV = 2,7 . 10 2 kJ . mol –1 , valeur en accord
avec la valeur expérimentale. La distance entre les deux noyaux d’hydrogène
correspondant à ce minimum est la distance d’équilibre, ou longueur de liaison,
d e de l’édifice diatomique.
L’énergie électronique E σ peut également être déterminée pour toutes les valeurs
de la distance d 12.Elle décroît de manière monotone quand d 12 décroît. Quand
d 12 = 0 (situation correspondant aux deux noyaux confondus, c’est-à-dire à un
noyau d’hélium, et à une intégrale de recouvrement S = 1), l’énergie
électronique est égale à – 54,4 eV, ce qui correspond à l’énergie de l’ion He +
dans son état fondamental.