LIAISONS CHIMIQUES Liaison hydrogène
Les propriétés chimiques des composés possédant des groupements OH mettent en évidence l'existence d'associations entre les molécules par l'intermédiaire de ces groupements. L'énergie de ces associations est en général beaucoup plus faible que les énergies rencontrées pour les liaisons entre les divers atomes dans les molécules, si bien que les deux molécules associées, tout en étant perturbées, restent reconnaissables dans l'édifice global et conservent chacune une certaine individualité. Ce phénomène d'association est très général ; il peut se manifester entre un groupement AH (où A est un atome d'oxygène, d'azote, de soufre ou même de carbone) et un atome B, porteur d'au moins une paire libre d'électrons : oxygène, azote, halogènes... Les atomes A et B peuvent d'ailleurs appartenir à une même molécule ; l'association se traduit alors par la formation d'un cycle.
L'atome d' hydrogène du groupement AH étant situé à la jonction des deux édifices, on note l'association par quelques points placés entre l'atome H et l'atome B ; on écrit A–H... B, symbolisant ainsi une sorte de liaison faible, appelée liaison hydrogène.
Par la variété des divers couples d'édifices susceptibles de donner de telles associations, les liaisons hydrogène sont amenées à jouer un rôle extrêmement important en chimie, tant du point de vue structural que réactionnel. Mais c'est surtout dans le domaine de la chimie de la vie qu'elles manifestent le plus leur importance : d'une part, elles assurent la cohésion entre les diverses molécules constituant les tissus et, d'autre part, c'est à elles que l'eau doit ses propriétés exceptionnelles, sans lesquelles la vie ne serait pas concevable.
Mise en évidence et étude expérimentale
Grâce à de nombreuses méthodes physiques, on peut mettre en évidence les liaisons hydrogène et déterminer leurs caractéristiques essentielles.
Méthodes de diffraction
L' étude des cristaux par la diffraction des rayons X, des électrons ou des neutrons permet de localiser la position moyenne des divers noyaux. Des résultats obtenus se dégagent trois faits essentiels : dans la majorité des cas, les atomes A, H et B sont alignés, la longueur de la liaison A–H est à peine supérieure à celle qu'elle avait dans la molécule isolée et le noyau H occupe une position très dissymétrique. Les formules ci-dessous montrent la disposition des molécules d'acide formique dans le dimère (en haut) ainsi que les caractéristiques de la molécule isolée (en bas) :
Méthodes thermodynamiques
Du point de vue thermodynamique, l'association entre molécules se traduit essentiellement par une élévation des points de fusion et d'ébullition. L'eau et les alcools bouillent à des températures plus hautes que ce que leur masse moléculaire laisserait prévoir. Par exemple, pour l'eau, si l'on extrapole les valeurs obtenues pour TeH2, SeH2 et SH2, on prévoit une température de fusion de l'ordre de − 100 0C et une température d'ébullition de − 80 0C. De même pour NH3 et FH.
Une autre conséquence de telles associations est la miscibilité de substances possédant des groupements susceptibles de former des liaisons hydrogène. Si le solvant est lui-même associé, se dissoudront d'autant plus aisément des corps possédant des groupements A–H de même nature, par exemple l'eau dans l' alcool. Lors du mélange de ces deux substances, l'échange entre les molécules d'eau et celles d'alcool se fera facilement, ce qui explique la rapide et complète dispersion des deux substances l'une dans l'autre. En revanche, si le solvant n'est pas associé alors que la substance que l'on veut dissoudre l'est, ou inversement, aucune association ne pouvant se former entre les deux types de molécules, la substance[...]
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Écrit par
- André JULG : professeur émérite à l'université de Provence
Classification
Médias
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Encyclopædia Universalis France
Perturbations
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