LIAISONS CHIMIQUES Vue d'ensemble
Le diamant lui doit sa dureté, le caoutchouc son élasticité, et la pâte à choux sa consistance. Cohésions, textures, adhérences, fluidités ou au contraire rigidités en dérivent toutes. Les attractions qui s'exercent entre les atomes, quels que soient ces derniers et quel qu'en soit le nombre, relèvent de l'unique appellation de liaison chimique.
La notion de forces s'exerçant entre les grains de matière pour les solidariser est ancienne. Au moment de l'essor de la chimie, aux xviie et xviiie siècles, les philosophes étaient conscients de l'impuissance de la physique newtonienne à rendre compte de l'affinité chimique, comme on disait alors. Ils devinaient l'existence d'une force à courte portée, mais n'en savaient pas plus.
Dans le premier tiers du xixe siècle, l'enthousiasme suscité par la pile électrique d'Alessandro Volta et la puissance de l'outil qu'y trouve la science expérimentale font concevoir cette mystérieuse force chimique comme une union des contraires, ces contraires étant électriques. Le Suédois Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), avec son dualisme électrochimique, se fit le chantre de ce retour de l'archétype platonicien, selon lequel tout objet naturel recherche son complément. Encore aujourd'hui, cette notion de l'attraction de charges électriques de signes opposés conserve toute sa vigueur. Néanmoins, et déjà du vivant de Berzelius, les contre-exemples se multiplièrent. Comment expliquer la liaison entre les deux atomes identiques de chlore Cl dans Cl2 ? Dès les années 1840, tel est le défi posé aux chimistes. L'avènement des formules structurales dans la période 1850-1860, le fait que chacune des molécules de la chimie organique comporte des liaisons carbone-carbone ne firent qu'aggraver l'impuissance à expliquer un très grand nombre de faits non redevables de l'union des contraires, cet état de choses perdurant jusqu'à l'époque de la Première Guerre mondiale.
Gilbert Newton Lewis, professeur à l'université de Californie, bâtit en 1916, sur la toute nouvelle physique atomique, une conceptualisation de la liaison chimique. Il émit l'idée de la paire d'électrons comme centrale pour la chimie, qu'il s'agisse de structure ou de réactivité. Pour se lier, les atomes mettent en commun une ou des paires d'électrons ; à ces électrons de liaison viennent s'ajouter, le cas échéant, des paires d'électrons n'intervenant pas dans des liaisons, qualifiées par conséquent de non liantes (et qui caractérisent les sites basiques, ceux sur lesquels les acides viennent se fixer). Les formules écrites suivant les règles énoncées par Lewis eurent un grand succès, et c'est encore ainsi que l'on détaille la structure des molécules. Il fallut l'avènement de la mécanique quantique dans les années 1930 pour comprendre la raison d'être du doublet d'électrons, qui est l'appariement de leurs vecteurs spin en vertu du principe de Pauli. Le doublet d'électrons de Lewis permettait d'expliquer la liaison entre des atomes identiques : placés entre les noyaux des atomes, de charge électrique positive, les électrons, avec leur charge électrique négative, font écran à la répulsion électrostatique des noyaux, tout en subissant leur attraction, électrique elle aussi. Le doublet de Lewis faisait office de médiateur entre des ennemis, car trop semblables l'un à l'autre.
1930 voit s'instaurer l'idée moderne de la liaison chimique. Celle-ci est imputable à l'extrême mobilité de l'électron, particule beaucoup plus légère que les protons et neutrons du noyau de l'atome. Lorsque deux atomes sont suffisamment proches pour échanger au moins un électron, celui-ci va de l'un à l'autre. En ce mouvement incessant, l'attraction électron-noyau[...]
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Écrit par
- Pierre LASZLO : professeur honoraire à l'École polytechnique et à l'université de Liège (Belgique)
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