Liaison chimique - Définition

Introduction

La liaison chimique est le phénomène physique qui lie les atomes entre eux en échangeant ou partageant un ou plusieurs électrons ou par des forces électrostatiques. Des liaisons fortes existent dans les molécules, les cristaux ou dans les solides métalliques et elles organisent les atomes en structures organisées. Les liaisons plus faibles sont expliquées, en général, par des polarités entre des molécules. Des polarités induites peuvent aussi provoquer des interactions très faibles comme les forces de London qui font partie des forces de van der Waals. De telles forces permettent la liquéfaction ou la solidification de gaz tel que l'hélium ou l'argon.

Survol

D'une manière simplifiée dans une liaison covalente, un électron ou une paire d'électrons peuvent être situés dans l'espace se trouvant entre deux noyaux atomiques, parce que dans cette région les électrons négatifs sont soumis à la charge positive de chaque noyau au lieu de la charge seulement de l'un d'eux. En même temps, les électrons présents entre les noyaux empêchent la répulsion entre ceux-ci et font que ces noyaux soient attirés vers les électrons qui sont plus proches et ainsi vers l'autre atome au lieu d'être repoussé par celui-ci. Cette situation tend à maintenir le noyau et les électrons dans une configuration relativement fixe bien qu'ils soient libres de se mouvoir en accord avec les contraintes de la mécanique quantique. De la même manière, en simplifiant, dans une liaison ionique, un ou plusieurs électrons sont simplement transférés d'un atome à l'autre faisant qu'un des atomes devienne un ion positif, et l'autre un ion négatif. La liaison est donc due à une attraction électrostatique entre les atomes. Cette description est très simplifiée. La raison pour laquelle un atome transfère un électron vers un autre est un sujet compliqué qui implique la théorie des quanta.

En théorie, toute liaison peut être expliquée par la théorie des quanta mais, en pratique, les liaisons chimiques sont divisées en plusieurs catégories comme les deux citées plus haut. Des simplifications de la théorie des quanta ont été formulées pour décrire et prédire les liaisons et leurs propriétés. Parmi ces théories, nous avons, la Règle de l'octet, la théorie des liaisons de valence, la théorie de l'hybridation des orbitales, la théorie VSEPR, la théorie de champs de ligands et la méthode LCAO. Des théories électrostatiques et d'autres théories physiques sont utilisées pour décrire les polarités des liaisons et leurs effets sur les substances chimiques. Les liaisons chimiques réelles ne sont pas exactement décrites par ces théories à cause du principe d'incertitude. Cependant, dans leur ensemble, elles constituent un outil puissant qui peut être appliqué dans presque toute la chimie. En mécanique quantique, en termes simplifiés, les électrons sont localisés sur une orbitale atomique mais, dans une liaison chimique, ils forment une orbitale moléculaire.

L'orbitale peut être :

• liante ; dans ce cas, les électrons de liaison ont la plus grande probabilité de se trouver entre les noyaux qu'ailleurs ; l'orbitale tend alors à maintenir les noyaux ensemble
• non-liante: dans ce cas, les électrons ont plus de probabilité de se trouver plus près d'un des noyaux, l'orbitale tend à défavoriser la liaison.

De plus, les orbitales moléculaires sont classées en fonction du type d'orbitales atomiques hybridées pour former la liaison. Ces orbitales atomiques sont dues aux interactions electron-noyau causées par des forces électromagnétiques. Des substances chimiques formeront un lien si leurs orbitales abaisseront leur énergie lorsqu'elles interagiront l'une avec l'autre. Il y a différentes liaisons chimiques en fonction de la forme du nuage électronique et de leurs niveaux d'énergie.