Caractéristiques et propriétés des liaisons covalentes non polaires : un guide complet avec exemples

Dès les premières études sur les caractéristiques de la matière, les scientifiques ont pressenti l'existence d'une force capable d'établir des liens entre différentes espèces. « Les particules s'attirent mutuellement par des forces », affirmait Isaac Newton. Des années plus tard, grâce à l'invention de la célèbre pile voltaïque, Jöns Jakob Berzelius allait élaborer une théorie sur le processus de combinaison chimique.

Grâce aux progrès des recherches menées par différents scientifiques, nous sommes aujourd'hui certains que les éléments chimiques , comme les êtres humains, interagissent entre eux, et que de cette action naissent de nouvelles structures, des fusions, des composés et une grande variété de transformations.

L'issue d'une telle interaction dépend des caractéristiques individuelles de chaque atome , ce qui limite le type de liaison formée, la stabilité du composé et nombre de ses propriétés physico-chimiques. Pour qu'une liaison covalente non polaire se forme au sein d'une molécule , les espèces impliquées doivent présenter une électronégativité très similaire.

Conditions qui déterminent la formation des liens

Bien que ces processus de formation de composés par liaison puissent sembler spontanés et s'appliquer à toutes les situations, la réalité est que la liaison entre les atomes ne se produit que lorsque les conditions environnantes sont favorables. Des facteurs tels que la température et la pression limitent le déroulement de la réaction et modifient également le résultat ou les caractéristiques du composé formé.

Un autre aspect important est la concentration des substances , qui détermine la quantité et le type de composant résultant de la réaction. Dans de nombreuses réactions, même une légère variation dans la proportion des réactifs peut entraîner la formation de produits différents ou empêcher la réaction de se produire.

Les caractéristiques individuelles des particules , notamment leur électronégativité, leur rayon atomique et leur configuration électronique, déterminent la quantité et les espèces qui se combinent ; elles déterminent également le type de liaison qui se formera. Il faut rappeler que, selon l’échelle proposée par Linus Pauling, le type de liaison formé dépend de la différence d’électronégativité entre les espèces.

• Ionique: Différence d'électronégativité supérieure ou égale à 1,7Cela montre que ce type de liaison est caractéristique d'espèces présentant des électronégativités très différentes, donc l'atome le plus électronégatif Il attire fortement les électrons de valence, générant des ions positifs et négatifs maintenus ensemble par des forces électrostatiques.
• Covalence polaire : Différence entre 1,7 et 0,5 approximativement. Il est généralement formé entre des éléments de électronégativité élevée (principalement des non-métaux) et il se trouve que le composé formé résulte d'une compartiment inégal des électrons. L'un des atomes attire légèrement plus le nuage électronique, créant une liaison dotée d'une certaine polarité.
• Covalence non polaire : Cela se produit lorsque la différence enregistrée est inférieur ou égal à 0,4 – 0,5 (bien que dans de nombreux cas, elle soit pratiquement nulle). Dans cette situation, les électrons sont partagés de manière beaucoup plus équilibrée.

Ces critères de différence d'électronégativité permettent de prédire la polarité des liaisons . En particulier, les valeurs comprises entre 0 et environ 0,4 correspondent à des liaisons covalentes non polaires , dans lesquelles le nuage électronique est réparti de manière quasi uniforme entre les deux atomes liés.

Qu'est-ce qu'une liaison covalente non polaire?

Une liaison chimique est la force qui unit deux atomes. Ces interactions leur confèrent une plus grande stabilité énergétique. L'assemblage de plusieurs atomes par des liaisons forme des molécules ou des réseaux cristallins, qui constituent la base de toute matière connue.

D'un point de vue structural, un atome est constitué d'un noyau (protons et neutrons) et d'un nuage d' électrons gravitant autour de ce noyau. Ces électrons, notamment ceux de la couche de valence , participent à la formation des liaisons chimiques. Un atome isolé est généralement instable et tend donc à interagir avec d'autres atomes pour atteindre des configurations électroniques plus stables, souvent similaires à celles des gaz rares.

Comme chacun sait, le noyau des atomes est chargé positivement ; de ce fait, deux espèces chimiques tendraient naturellement à se repousser. Cependant, c’est le nuage d’électrons qui gravite autour du noyau qui rend possible la formation de liaisons chimiques, car ces électrons peuvent être partagés ou transférés entre différents atomes.

Pour qu'une liaison se forme, les espèces chimiques présentes doivent satisfaire une condition générale : l'une doit être dépourvue d'électrons sur sa couche externe, et l'autre doit posséder des électrons disponibles à partager . Cette attraction entre les noyaux chargés positivement et le nuage électronique partagé permet à la force de répulsion entre les noyaux d'être compensée par l'attraction électron-noyau, stabilisant ainsi le système.

Une liaison covalente non polaire , également appelée liaison covalente pure ou apolaire, est l'union de deux atomes qui partagent une ou plusieurs paires d'électrons de manière quasi égale . Autrement dit, les électrons formant la liaison passent approximativement le même temps à proximité de l'un des atomes que de l'autre, sans séparation de charge significative.

Ce type de liaison se forme entre deux atomes identiques (du même élément) ou entre deux atomes différents présentant des électronégativités très proches . En termes de différence d'électronégativité, une liaison covalente est considérée comme non polaire lorsque cette différence est comprise entre 0 et 0,4–0,5 . En dessous de ces valeurs, la distribution du nuage électronique est suffisamment symétrique pour qu'il n'existe pas de pôles clairement définis.

Les molécules résultant de ce type de liaison sont électriquement neutres et présentent souvent une structure symétrique , ce qui contribue à un moment dipolaire global nul. Bien qu'elle ne soit pas la plus répandue dans tous les composés, elle est fondamentale, par exemple, dans les molécules diatomiques de nombreux gaz et dans un grand nombre de composés organiques.

Types de liaisons covalentes non polaires selon le nombre d'électrons partagés

Dans une liaison covalente non polaire, les atomes peuvent partager une, deux ou trois paires d'électrons. Selon le nombre de paires partagées, on distingue plusieurs types :

• Lien simple : c'est partagé une seule paire d'électrons entre les deux atomes. C'est le cas de la liaison H-H dans la molécule d'hydrogène (H₂).2).
• Double lien : sont partagés dos pares d'électrons. Un exemple est la liaison C=C dans la molécule d'éthylène (C2H4), où les électrons partagés sont répartis de manière presque homogène entre les deux carbones.
• Triple lien : sont partagés trois paires d'électrons. Un exemple typique est la liaison N≡N dans la molécule de diazote (N₂).2), qui, malgré sa grande force, reste une liaison covalente non polaire en raison de l'égalité des électronégativités.

Dans tous ces cas, le facteur déterminant n'est pas seulement le nombre de paires partagées, mais l' égalité ou la similarité de l'électronégativité des atomes participants, ce qui garantit l'absence de pôles marqués.

Exemples de liaisons covalentes non polaires

Il existe de nombreux exemples de liaisons covalentes non polaires, aussi bien dans les molécules formées d'atomes identiques que dans celles formées d'atomes différents ayant des électronégativités similaires. Voici quelques exemples parmi les plus représentatifs :

• Liaisons entre atomes identiques : lorsqu'une liaison se forme entre deux atomes de même élémentLa différence d'électronégativité est exactement nulle. Le nuage électronique est partagé équitablement entre les deux atomes. L'hydrogène (H₂) et l'hydrogène (H₂) en sont des exemples classiques.2), azote (N2), oxygène (O2), fluor (F2), brome (Br2) et d'autres molécules diatomiques d'éléments non métalliques.
• Molécule d'hydrogène (H₂)2Deux atomes d'hydrogène partagent leur unique électron de valence pour former une liaison covalente simple. Puisque les deux atomes sont identiques, la différence d'électronégativité est nulle, donc la liaison est clairement covalente. non polaire.
• Molécule de fluor (F)2Bien que le fluor soit l'élément le plus électronégatif du tableau périodique, lorsqu'un atome de fluor se lie à un autre, aucun ne peut attirer le nuage électronique plus fortement que l'autre. L'électronégativité est identique et la liaison est covalente non polaire.
• Molécule d'ozone (O3)3Dans cette molécule, l'atome d'oxygène central est lié à deux autres atomes d'oxygène par des liaisons covalentes. Les liaisons OO sont, individuellement, covalent non polaire car elles se produisent entre des atomes ayant la même électronégativité, même si la molécule complète possède une structure plus complexe et certains effets de résonance.
• Molécule d'azote (N2): chaque atome d'azote partage ses trois électrons de valence non appariés avec l'autre, formant un triple lienLa différence d'électronégativité étant nulle, la liaison N≡N est covalente non polaire et extrêmement forte.
• liaisons CH dans le méthane (CH4Le méthane est un cas intéressant, car ses liaisons C-H se forment entre des atomes d'éléments différents. La différence d'électronégativité entre le carbone et l'hydrogène est proche de 0,4Cette valeur se situe à la limite entre une liaison non polaire et une liaison légèrement polaire. Dans de nombreux contextes, elle est considérée comme un exemple de liaison covalente non polaire, ou du moins de très faible polarité. De plus, géométrie tétraédrique Les propriétés du méthane font que, même si chaque liaison peut présenter une légère polarité, les moments dipolaires s'annulent mutuellement et la molécule entière est non polaire.
• Molécule d'éthylène (C2H4L'éthylène possède quatre liaisons CH et une liaison C-H. double liaison C=CLes liaisons CH (de très faible polarité) et la liaison C=C sont toutes deux des liaisons covalentes non polaires du point de vue de la distribution des charges. La molécule dans son ensemble présente une symétrie qui renforce son caractère non polaire.
• Sulfure de carbone (CS₂)2Ce composé présente un atome de carbone lié linéairement à deux atomes de soufre par l'intermédiaire de deux atomes de soufre. doubles liaisons C=S. La différence d'électronégativité entre le carbone et le soufre étant faible, les liaisons présentent un caractère faiblement polaire. De plus, la géométrie linéaire annule tout moment dipolaire potentiel, ce qui confère à la molécule un caractère globalement non polaire.

Dans tous ces exemples, soit les électronégativités sont égales, soit la différence est inférieure à 0,4 – 0,5 , ce qui garantit une distribution presque uniforme du nuage électronique partagé.

Caractéristiques des composés à liaisons covalentes non polaires

Les composés formés principalement par des liaisons covalentes non polaires présentent un ensemble de caractéristiques qui les distinguent des composés ioniques ou de ceux possédant des liaisons covalentes fortement polaires. Parmi leurs caractéristiques les plus importantes figurent les suivantes :

• Ils ont des points de fusion et d'ébullition bas. par rapport aux composés ioniques ou métalliques. De nombreuses substances de ce type sont à l'état gazeux ou liquide à température ambiante, comme l'hydrogène (H₂).2), l'azote (N2) ou brome (Br2).
• Ils ne conduisent pas bien la chaleur.car elles sont dépourvues d'électrons libres ou d'ions mobiles capables de transporter efficacement l'énergie thermique à travers la structure.
• Ce sont des insoluble dans l'eau à différentes températures, ou présentent une très faible solubilité. En règle générale, les composés non polaire Ils ont tendance à mieux se dissoudre dans les solvants non polaires (comme certains hydrocarbures), tandis que l'eau est un solvant fortement polaire.
• Ce sont des mauvais conducteurs d'électricitéComme ses molécules sont électriquement neutres et ne se dissocient pas en ions lorsqu'elles sont dissoutes, et qu'il n'y a pas de porteurs de charge mobiles, le courant électrique ne se transmet pas facilement.
• Les molécules sont généralement symétrique Par rapport à un plan ou un axe de référence, la somme vectorielle des moments dipolaires de liaison possibles est nulle. Cette symétrie est essentielle au comportement globalement non polaire du composé.
• Présent énergies de liaison relativement faibles Comparativement à certaines liaisons ioniques ou à de vastes réseaux covalents (comme le diamant), cela signifie qu'en général, il faut moins d'énergie pour rompre une liaison covalente non polaire individuelle que pour rompre une liaison ionique forte.
• Ils peuvent former solides, liquides ou gaz à température ambiante, en fonction de l'intensité des forces intermoléculaires (forces de dispersion de London, dipôle induit, etc.) et de la taille des molécules. Par exemple, l'azote (N₂).2) est un gaz, le brome (Br2) est liquide et contient des composés organiques tels que le naphtalène (C10H8) sont des solides moléculaires.

Prises ensemble, ces propriétés expliquent pourquoi de nombreux composés à liaisons covalentes non polaires sont utilisés comme solvants organiques , carburants ou matériaux isolants, tant électriques que thermiques.

Procédure pour identifier le type de liaison dans une molécule

Si vous souhaitez identifier plus précisément si le type de liaison dans une molécule est covalente non polaire , vous pouvez suivre une procédure simple basée sur l'électronégativité des éléments :

• Premièrement, identifiez les éléments qui composent la molécule et leur nature : s’ils sont métauxIls sont généralement situés à gauche et au centre du tableau périodique ; s'ils sont pas de métaux, se trouvent sur le côté droit (y compris l'hydrogène dans de nombreux schémas d'étude).
• Avant de faire le calcul, vous pouvez déjà en avoir un notion du résultatPar définition, si deux éléments non métalliques sont présents, un composé se formera. une liaison covalenteLa question de savoir s'il sera polaire ou non polaire restera posée.
• Localisez le électronégativités Pour chaque élément du tableau périodique (généralement en utilisant les valeurs de l'échelle de Pauling), indiquez la valeur correspondant à chaque atome participant à la liaison.
• fait un soustraction simple entre les valeurs d'électronégativité (généralement, la valeur la plus élevée moins la valeur la plus faible). Le résultat vous donnera le différence d'électronégativité entre les deux atomes.
• Comparez la valeur obtenue aux intervalles de référence : si la différence est supérieur ou égal à 1,7, la liaison sera principalement ionique ; si elle se forme entre 0,5 et 1,7, est considéré covalent polaireEt si c'est le cas inférieur ou égal à 0,4 – 0,5, il s'agit d'un liaison covalente non polaire ou de polarité très faible.

Outre cette analyse quantitative, il est important de considérer la géométrie de la molécule . Une molécule peut contenir plusieurs liaisons polaires tout en étant globalement non polaire si l'agencement spatial des liaisons entraîne l'annulation des moments dipolaires. Le dioxyde de carbone (CO₂ ) en est un exemple typique : les liaisons C=O y sont polaires, mais la géométrie linéaire annule le moment dipolaire total.

Comprendre la polarité des liaisons et la polarité moléculaire est essentiel en chimie pour prédire des propriétés telles que la solubilité, les points de fusion et d'ébullition, la réactivité et le comportement des substances dans différents milieux.

L'étude détaillée des liaisons covalentes non polaires nous permet de comprendre pourquoi tant de substances du quotidien (gaz atmosphériques, carburants, plastiques et autres molécules organiques) présentent des comportements physiques très différents de ceux des sels ioniques ou des métaux, bien qu'elles soient composées de quelques types d'atomes qui se combinent de diverses manières.