Dioxyde de carbone
Dioxyde de carbone
Propriétés du dioxyde de carbone
À partir de la structure de Lewis du CO2 et du VSEPR, nous pouvons déterminer que c’est une molécule linéaire.
Voyons quelques propriétés physiques du CO2.
| Propriété | CO2 |
| Point d’ébullition | 195 (sublimé) |
 Hf (298 K) |
-.393.5 kJ/mol |
| énergie de liaison | 806 kJ/mol | Distance de liaison C-O | 1.16  |
| Moment dipolaire | 0 D |
Les liaisons C-.O du dioxyde de carbone sont polaires et pourtant le moment dipolaire est nul car les 2 dipôles de liaison s’annulent.
Une chose que nous pouvons comprendre en regardant la structure du CO2, c’est que le centre carboné de la molécule doit être électrophile. Un électrophile (amateur d’électrons) est un centre pauvre en électrons qui sera attiré par des centres riches en électrons.
Même si le nombre total d’électrons autour du carbone est de 8, cela surestime la densité électronique. Ce carbone est lié uniquement à des atomes d’oxygène très électronégatifs. Les électrons de liaison seront tous plus étroitement associés à l’oxygène qu’au carbone.
La liaison dans le dioxyde de carbone
D’après la structure de Lewis, nous pouvons voir que le carbone dans le CO2 doit faire 2 liaisons sigma et qu’il n’a pas de paires solitaires. Cet atome sera hybridé 2sp avec les orbitales atomiques 2px et 2py restantes.
Chaque oxygène fait 1 liaison sigma et a également besoin de 2 orbitales pour les paires d’électrons solitaires. Ceux-ci doivent chacun être hybridés 2sp2 avec une orbitale 2p restante. L’un des oxygènes aura une orbitale 2px pour se combiner avec l’orbitale 2px du carbone. L’autre oxygène aura une orbitale 2py qui pourra se combiner avec l’autre orbitale p du carbone.
Une orbitale 2sp2 sur O1 se combine avec une orbitale 2sp sur C pour faire une orbitale moléculaire sigma liante et une orbitale sigma antiliante. L’autre orbitale 2sp sur C se combine avec une orbitale 2sp2 sur O2 pour faire un autre ensemble d’orbitales moléculaires de liaison sigma et sigma antibonding.
Les 2sp2 restantes des atomes d’oxygène deviennent des orbitales moléculaires non liantes.
La 2px de O1 se combine avec la 2px de C pour faire une orbitale moléculaire pi liante et pi antiliante. L’O2 2py se combine avec le C 2py pour faire un autre ensemble d’orbitales moléculaires de liaison pi et d’orbitales pi antibonding.
Les 16 électrons de valence se remplissent à travers les 2 orbitales de liaison pi de sorte qu’il y a une double liaison complète entre le carbone et chaque oxygène.
États d’oxydation
Comme vous l’avez vu ci-dessus, le décompte total des électrons autour des atomes du dioxyde de carbone surestime sérieusement la densité électronique autour de l’atome de carbone. Cela ne nous aide pas à prédire la réactivité de cet atome. Le formalisme de l’état d’oxydation peut nous donner une meilleure idée de la densité électronique autour d’un atome et de sa tendance à ajouter des électrons et à devenir réduit.
Pour trouver l’état d’oxydation des atomes dans le CO2,
- Dessinez la structure de Lewis.
- Rupturez les liaisons donnant tous les électrons de liaison au plus électronégatif des 2 atomes. (Lorsque les atomes sont identiques, donnez à chaque atome 1/2 des électrons de liaison.)
- Compter les électrons autour de chaque atome et comparer le nombre d’électrons au nombre d’électrons de valence, comme vous le faites pour la charge formelle.
- Utiliser les chiffres romains au lieu des nombres pour désigner l’état d’oxydation.
D’après les états d’oxydation, on voit que le centre du carbone est très pauvre en électrons et dans son état d’oxydation le plus élevé possible. Il devrait être susceptible d’être réduit.
Couplage réductif
Le sodium métallique a un seul électron dans sa coquille de valence. Il a une forte tendance à perdre cet électron et à s’oxyder. Le carbone du CO2 est dans son état d’oxydation le plus élevé. Il devrait avoir tendance à gagner un électron et à s’oxyder.
Les électrons non appariés sur deux des centres carbonés réduits peuvent se combiner pour former une liaison covalente dans le produit, l’oxalate de sodium.
Ajout d’hydroxyde
Le carbone du CO2 est électrophile (pauvre en électrons). L’oxygène de l’ion hydroxyde, HO-, a une densité électronique excédentaire sur l’oxygène. Un centre riche en électrons qui peut former une liaison avec un atome de carbone pauvre en électrons est appelé un nucléophile (qui aime les charges positives). Les flèches violettes dans le schéma réactionnel indiquent le flux d’électrons dans la réaction.
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