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2.10: Liaisons covalentes
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Covalent Bonds
 
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TRANSCRIPTION

2.10: Covalent Bonds

2.10: Liaisons covalentes

Overview

When two atoms share electrons to complete their valence shells they create a covalent bond. An atom’s electronegativity—the force with which shared electrons are pulled towards an atom—determines how the electrons are shared. Molecules formed with covalent bonds can be either polar or nonpolar. Atoms with similar electronegativities form nonpolar covalent bonds; the electrons are shared equally. Atoms with different electronegativities share electrons unequally, creating polar bonds.

A Covalent Bond Is Formed by Two Shared Electrons

The number of covalent bonds that an atom can form is dictated by how many valence electrons it has. Oxygen, for example, has six out of eight possible valence electrons, meaning that each oxygen atom needs two more electrons to become stable. Oxygen can form single bonds with two other atoms, as it does when it forms water with two hydrogen atoms (chemical formula H2O). Oxygen can also form a double bond with just one other atom that also needs two more electrons to complete its octet (e.g., another oxygen atom). Carbon has four valence electrons and therefore can form four covalent bonds, as it does in methane (CH4).

When a covalent bond is made, both atoms share a pair of electrons in a hybrid orbital that differs in shape from a normal orbital. The electrons participating in the bond thus orbit in a modified path around the nuclei of both atoms. Covalent bonds are strong and, once formed, cannot be broken by physical forces.

Electronegativity Determines Whether a Molecule Is Polar or Nonpolar

Electronegativity is the tendency of an atom to attract electrons in a bond. The most electronegative atom is fluorine. Starting with fluorine at the top right corner of the periodic table (omitting the noble gases in the rightmost column), the electronegativity of atoms tends to decrease with diagonal leftward movement down the periodic table, such that atoms with the lowest electronegativities are at the bottom left corner (e.g., francium, or Fr). If atoms have extremely different electronegativities, they will likely form ions instead of covalent bonds. However, for atoms that form covalent bonds with one another, their electronegativity values determine whether the bond will be polar or nonpolar.

A nonpolar bond is one in which the electrons are shared equally, and there is no charge across the molecule. A polar bond, by contrast, occurs when one atom is more electronegative than another and pulls the electrons toward it. Polar bonds have a partial negative charge on one side and a partial positive charge on the other, which is important because it causes polar molecules to behave differently than nonpolar ones.

Polar molecules are hydrophilic because their partial charges attract them to other charged molecules, which also means they are soluble in water. Nonpolar molecules—those containing long stretches of hydrocarbons, such as fats—are said to be hydrophobic. Unlike polar molecules, nonpolar molecules will not dissolve in water. Cells are often surrounded by fluid and have cytoplasms that contain water. Thus, the way a molecule interacts with water and other charged molecules impact how it is transported and used by cells.

Aperçu

Lorsque deux atomes partagent des électrons pour compléter leurs coquilles de valence, ils créent un lien covalent. L’électronégativité d’un atome — la force avec laquelle les électrons partagés sont tirés vers un atome — détermine la façon dont les électrons sont partagés. Les molécules formées avec des liaisons covalentes peuvent être polaires ou non polaires. Les atomes avec des électronegativities semblables forment des liaisons covalentes nonpolaires ; les électrons sont partagés à parts égales. Les atomes avec différentes électronegativities partagent des électrons de manière inégale, créant des liaisons polaires.

Un bond covalent est formé par deux électrons partagés

Le nombre de liaisons covalentes qu’un atome peut former est dicté par le nombre d’électrons de valence qu’il a. L’oxygène, par exemple, a six des huit électrons de valence possibles, ce qui signifie que chaque atome d’oxygène a besoin de deux électrons de plus pour devenir stable. L’oxygène peut former des liaisons uniques avec deux autres atomes, comme il le fait lorsqu’il forme de l’eau avec deux atomes d’hydrogène (formule chimique H2O). L’oxygène peut également former un double lien avec un seul autre atome qui a également besoin de deux électrons de plus pour compléter son octuor (par exemple, un autre atome d’oxygène). Le carbone a quatre électrons de valence et peut donc former quatre liaisons covalentes, comme il le fait dans le méthane (CH4).

Lorsqu’une liaison covalente est faite, les deux atomes partagent une paire d’électrons dans une orbitale hybride qui diffère en forme d’une orbitale normale. Les électrons participant à la liaison orbitent ainsi dans une trajectoire modifiée autour des noyaux des deux atomes. Les liens covalents sont forts et, une fois formés, ne peuvent pas être brisés par des forces physiques.

L’électronégativité détermine si une molécule est polaire ou non polaire

L’électronégativité est la tendance d’un atome à attirer les électrons dans un lien. L’atome le plus électronégatif est le fluor. En commençant par le fluor dans le coin supérieur droit du tableau périodique (en omettant les gaz nobles dans la colonne la plus à droite), l’électronégativité des atomes tend à diminuer avec le mouvement en diagonale vers la gauche vers le bas du tableau périodique, de sorte que les atomes avec les électronegativities les plus faibles sont dans le coin inférieur gauche (par exemple, francium, ou Fr). Si les atomes ont des électronegativités extrêmement différentes, ils formeront probablement des ions au lieu de liaisons covalentes. Cependant, pour les atomes qui forment des liaisons covalentes les uns avec les autres, leurs valeurs d’électronégativité déterminent si le lien sera polaire ou non polaire.

Un lien nonpolaire est un lien dans lequel les électrons sont partagés à parts égales, et il n’y a aucune charge à travers la molécule. Un lien polaire, en revanche, se produit lorsqu’un atome est plus électronégatif qu’un autre et tire les électrons vers lui. Les liaisons polaires ont une charge négative partielle d’un côté et une charge positive partielle de l’autre, ce qui est important parce qu’elle provoque des molécules polaires à se comporter différemment que les molécules non polaires.

Les molécules polaires sont hydrophiles parce que leurs charges partielles les attirent vers d’autres molécules chargées, ce qui signifie également qu’elles sont solubles dans l’eau. On dit que les molécules nonpolaires, celles qui contiennent de longues étendues d’hydrocarbures, comme les graisses, sont hydrophobes. Contrairement aux molécules polaires, les molécules non polaires ne se dissoudront pas dans l’eau. Les cellules sont souvent entourées de liquide et ont des cytoplasmes qui contiennent de l’eau. Ainsi, la façon dont une molécule interagit avec l’eau et d’autres molécules chargées a un impact sur la façon dont elle est transportée et utilisée par les cellules.

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