LIAISONS CHIMIQUES Liaison et classification
La nature de la liaison chimique
Si la mécanique quantique permet d'obtenir une description satisfaisante des molécules, le problème de la nature de la liaison chimique reste entier. En effet, par construction, la mécanique quantique ne nous donne qu'une description globale de la molécule. Tout découpage d'une propriété globale en propriétés locales est conventionnelle, en particulier la notion de liaison au sens où l'entend le chimiste. Pourtant, la puissance du concept classique de liaison ne peut pas ne pas correspondre à quelque réalité physique sous-jacente.
Une façon usuelle d'interpréter la fonction d'onde totale utilisée dans la méthode des orbitales moléculaires consiste à dire que les électrons s'associent par paires sur des niveaux moléculaires, étant bien entendu que les électrons s'échangent continuellement entre eux. L'utilisation d'orbitales moléculaires localisées (d'où découle le concept d'hybridation) peut laisser croire que l'on rejoint ainsi le modèle classique des paires localisées entre les noyaux à la précision supplémentaire que les électrons s'échangent entre eux au cours du temps. En fait, il n'en est rien, la localisation des orbitales moléculaires est une opération purement mathématique qui n'implique aucune localisation physique des électrons. Une analyse récente introduit la notion de fluctuation relative du nombre d'électrons présents en moyenne dans des domaines définis, non pas dans l'espace géométrique, mais par les divers couples d'orbitales atomiques hybrides sur lesquels sont construites les diverses fonctions localisées. Pour deux atomes, classiquement considérés comme liés, la fluctuation relative est au plus égale à 0,10. Par exemple, dans CH4, entre C et H : 0,06, alors qu'entre deux H (non liés) : 0,5. Cette interprétation montre que le concept de liaison au sens classique (domaine dans lequel les électrons séjournent un certain temps par paire) peut être retrouvé, mais à condition de se placer dans un espace autre que l'espace géométrique.
Dans ce modèle, les électrons séjourneraient physiquement pendant un certain temps dans chacun des domaines, s'échangeant sans cesse, le nombre d'électrons dans chacun de ces domaines restant pratiquement inchangé. Cela expliquerait le caractère très local de la plupart des réactions chimiques, que le rôle complètement équivalent que la mécanique quantique fait jouer aux électrons en ne donnant que des caractéristiques moyennes (les mêmes pour tous les électrons) ne permet pas d'expliquer. Appliquée à l'atome, cette analyse justifie la notion d'électrons internes et d'électrons de valence, seuls disponibles pour réagir, étant bien entendu ici encore que, si le nombre d'occupation des divers domaines est bien déterminé, nous ne savons pas nominativement quels électrons s'y trouvent.
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Écrit par
- André JULG : professeur émérite à l'université de Provence
Classification
Médias
Chimie théorique
Encyclopædia Universalis France
Variation de l'énergie
Encyclopædia Universalis France
Orbitales moléculaires
Encyclopædia Universalis France
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