Ordre de liaison

Partie

Question

Construire dans l'approximation LCAO le diagramme de corrélation des molécules \(\mathrm{H_2^+, ~H_2, ~He_2^+ ~et~ He_2}.\)

Déterminer l'ordre de stabilité de ces espèces.

Aide simple

On donne l'expression de l'ordre de liaison pour une diatomique :

\(\mathrm{D=\frac{nb~d'electrons~liants~-~nb~d'electrons~antiliants}{2}}\)

Aide méthodologique

On doit compter les électrons de valence de chaque espèce pour effectuer le remplissage des orbitales moléculaires.

Solution détaillée

Le diagramme de corrélation général est représenté ci-dessous. Pour l'hydrogène et l'hélium, on se contente de mélanger les orbitales 1s des deux atomes.

On construit alors deux combinaisons : la liante \(\sigma_{\mathrm{g}}\) et l'antiliante \(\sigma_{\mathrm{u}}\).

On peuple les deux OM avec les électrons disponibles :

\(\mathrm{H_2^+}\)

\(\mathrm{H_2}\)

\(\mathrm{He_2^+}\)

\(\mathrm{He_2}\)

Nombre d'électron(s)

1

2

3

4

Les diagrammes de corrélation sont représentés ci-dessous

Les ordres de liaison sont définis par :

\(\mathrm{D=\frac{nb~d'electrons~liants~-~nb~d'electrons~antiliants}{2}}\)

\(\mathrm{H_2^+}\)

\(\mathrm{H_2}\)

\(\mathrm{He_2^+}\)

\(\mathrm{He_2}\)

Ordre de liaison

\(\frac{1}{2}\)

1

\(\frac{1}{2}\)

0

On trouve dans l'ordre croissant des stabilités :

\(\mathrm{He_2, (H_2^+, He_2^+)~ et~ H_2}.\)

Le dihydrogène est la molécule la plus stable ; elle contient une liaison covalente à deux électrons. Les deux ions moléculaires contiennent une demi liaison covalente, soit une liaison à un électron. Il n'y a pas de liaison covalente dans \(\mathrm{He_2}\). La liaison dans cette dernière espèce est assurée par des forces beaucoup plus faibles, de type Van der Waals.