Géométrie moléculaire tétraédrique

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Géométrie moléculaire tétraédrique
Image illustrative de l'article Géométrie moléculaire tétraédrique
Notation VSEPR AX4E0 (AX4)
Exemple(s) CH4, PO43−, SO42-
Symétrie moléculaire Td
Nombre stérique 4
Coordinence 4
Doublet non liant 0
Angle de liaison ≈109.5°

En chimie, une géométrie moléculaire tétraédrique est la géométrie des molécules où un atome central et lié à quatre atomes atomes aux coins d'un tétraèdre régulier. Les angles de liaison sont de cos−1(−1/3) ≈ 109,5° lorsque tous les substituants sont les mêmes, comme dans le cas du méthane (CH4)[1],[2]. Les tétraèdre parfaitement symétriques appartiennent au groupe ponctuel de symétrie Td, mais la plupart des molécules tétraédriques ne possèdent pas une si forte symétrie. Les molécules tétraédriques peuvent être chirales.

Cette géométrie est proche de la géométrie moléculaire pyramidale trigonale (AX3E1), ou la place de l'un des substituants et tenue par un doublet non liant. Ainsi, dans cette géométrie, les angles de liaisons sont de 107° (et non plus 109,5°), comme pour le cas de l'ammoniac. Cette légère contraction résulte de la plus forte répulsion que ce doublet non liant, par rapport à un substituant, exerce sur les autres substituants.

Exemples[modifier | modifier le code]

Chimie du groupe principal[modifier | modifier le code]

Le méthane (CH4), une molécule tétraédrique.

Virtuellement, tous les composés organiques saturés sont tétraédriques ; c'est aussi le cas de la plupart des composés du silicium, du germanium et de l'étain. Souvent, les molécules tétraédriques présentent des liaisons multiples avec des ligands externes, comme pour le tétraoxyde de xénon (XeO4), l'ion perchlorate (ClO4-), l'ion sulfate(SO42-) ou l'ion phosphate (PO43-). Le trifluorure de thiazyle (SNF3) est un composé tétraédrique présentant une liaison triple soufre-azote[3].

Chimie des métaux de transition[modifier | modifier le code]

De la même façon, cette géométrie est assez répandue, en particulier dans les complexes où le métal a une configuration en d0 ou d10. On peut ainsi citer le tétrakis(triphénylphosphine)palladium(0), le Tétracarbonyle de nickel ou encore le tétrachlorure de titane. De nombreux complexes avec une couche d incomplète sont aussi tétraédriques, par exemple les tétrahalogénures de fer(II), de cobalt(II) et de nickel(II).

Exceptions et distorsions[modifier | modifier le code]

L'inversion d'une structure tétraédrique arrive couramment en chimie organique et chimie de groupe principal. L'inversion de Walden illustre les conséquences de cette inversion au niveau du carbone.

inversion de géométrie tétraédrique[modifier | modifier le code]

Les contraintes géométriques d'une molécule peuvent causer de sérieuses distorsions vis-à-vis d'une géométrie tétraédrique parfaite. Dans c;es composés comportant un « carbone inversé » par exemple, le carbone est pyramidal[4].

Carbone inversé

Les plus simples exemples de molécules organiques présentant un carbone inversé sont les plus petits propellanes, tels que le [1.1.1]propellane, ou d'une façon générale les paddlanes[5] t les pyramidanes[6],[7]. Des telles molécules sont en général sous tension, resultant en une réactivité accrue.

Planarisation[modifier | modifier le code]

Un tétraèdre peut aussi être distordu par un accroissement de l'angle entre deux liaisons, allant dans les cas les plus extrêmes à former un angle plat. Pour le cas du carbone, de tels phénomènes peuvent être observés ddans une classe de composés appelés fenestranes.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. "Angle Between 2 Legs of a Tetrahedron" – Maze5.net
  2. Valence Angle of the Tetrahedral Carbon Atom W.E. Brittin, J. Chem. Educ., 1945, 22 (3), p 145
  3. (en) G. L. Miessler and D. A. Tarr, Inorganic Chemistry, 3rd (ISBN 0-13-035471-6)
  4. Kenneth B. Wiberg, « Inverted geometries at carbon », Acc. Chem. Res., vol. 17, no 11,‎ 1984, p. 379–386 (DOI 10.1021/ar00107a001)
  5. (en) « paddlanes », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology (« Gold Book »), 2e éd. (1997). Version corrigée en ligne:  (2006-).
  6. Joseph P. Kenny, Karl M. Krueger, Jonathan C. Rienstra-Kiracofe, and Henry F. Schaefer III, « C5H4: Pyramidane and Its Low-Lying Isomers », J. Phys. Chem. A, vol. 105, no 32,‎ 2001, p. 7745–7750 (DOI 10.1021/jp011642r)
  7. Lewars E., « Pyramidane: an ab initio study of the C5H4 potential energy surface », Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, vol. 423, no 3,‎ 1998, p. 173–188 (DOI 10.1016/S0166-1280(97)00118-8)

Voir aussi[modifier | modifier le code]