CHIMIE

E
s *
p *
Doc. 36 Représentation schématique
de l’ordre relatif des niveaux
d’énergie des différentes O.M.
envisageables.
E
B.V.
H.O.
n
p
s
photon
Doc. 37 Absorption d’un photon
d’énergie e :
e = E(état excité)
– E(état fondamental)
(*) On observe en fait des bandes d’absorption
car la variation de l’énergie
électronique de la molécule s’accompagne
de la variation de l’énergie de
vibration et de rotation de la molécule.
On repère la longueur d’onde correspondant
au maximum d’absorption
Structure électronique des molécules
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COURS
Il est ainsi possible d’établir un diagramme énergétique des O.M. et d’en déduire,
connaissant le nombre d’électrons de valence de la molécule, la configuration
électronique de cette molécule dans son état fondamental.
Le document 36 présente schématiquement l’ordre relatif des niveaux d’énergie
des différents types d’O.M., lorsque ces O.M. existent.
Dans les systèmes conjugués tels que l’ozone, le dioxyde de soufre, le butadiène,
le benzène, … la molécule est plane. Le plan de la molécule constitue
un plan de symétrie. Les O.M. symétriques par rapport à ce plan sont les O.M. s ;
elles sont obtenues par combinaison linéaire d’O.A. symétriques par rapport à
ce plan. Les O.M. p sont antisymétriques par rapport à ce plan ; elles sont obtenues
par combinaison linéaire d’O.A. antisymétriques par rapport à ce plan.
L’étude de ces systèmes sera développée en deuxième année.
4.2 Orbitales frontières
Les orbitales moléculaires des espèces chimiques sont très importantes et permettent
d’interpréter leur réactivité chimique. Parmi elles, deux orbitales moléculaires
jouent un rôle particulier :
• l’O.M. occupée d’énergie la plus haute est appelée H.O. (pour orbitale
d’énergie la plus haute occupée) ;
• l’O.M. vacante d’énergie la plus basse est appelée B.V. (pour orbitale d’énergie
la plus basse vacante).
L’ensemble de ces orbitales constitue les orbitales frontières de l’édifice polyatomique.
Ainsi, pour la molécule de diazote dont le diagramme d’orbitales moléculaires
est donné au document 29, la H.O. est l’orbitale moléculaire s zs et les B.V. sont
les O.M. p x* ou p y*.
4.3 Spectroscopie U.V.-visible
Dans la spectroscopie U.V.- visible, des photons d’énergie comprise entre
1,6 eV et 120 eV (ces photons correspondent à des rayonnements monochromatiques
de longueur d’onde dans le vide comprises entre 10 nm et 750 nm)
sont absorbés par des molécules, à l’état gazeux ou en solution dans un solvant
inerte, et provoquent leur excitation à partir de leur état fondamental.
L’absorption d’un tel photon entraîne le passage d’un électron décrit par la H.O.
(orbitale d’énergie la plus haute occupée) vers la B.V. (pour orbitale d’énergie
la plus basse vacante) (doc. 37).
Le passage de l’électron de la H.O. à la B.V. fait passer la molécule de
son état fondamental à un état excité : l’énergie du photon est égale à la
différence entre les énergies des deux états considérés.
L’ordre de grandeur des énergies mises en jeu correspond à celui de l’énergie
des photons U.V.-visible (*) .
■ Ainsi, les molécules de dihalogènes (F 2, Cl 2, Br 2 et I 2) ont pour H.O. les
O.M. p* et pour B.V. l’O.M. s* (doc. 38, page suivante). L’évolution de la
couleur observée pour les molécules de dihalogènes à l’état gazeux peut être
corrélée à l’évolution de la différence d’énergie entre la H.O. et la B.V.
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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