Polarité (chimie)

Apparence déplacer vers la barre latérale masquer Dans la molécule d'eau, (H2O), les électrons des atomes d'hydrogène sont fortement attirés par l'atome d'oxygène au point d'être plus proches du noyau d'oxygène que de ceux d'hydrogène. C'est pourquoi l'eau a une charge négative autour de l'atome d'oxygène (zone rouge) et une charge positive vers les atomes d'hydrogène (zone bleu)

En chimie, la polarité est la façon dont les charges électriques négatives et positives sont réparties dans une molécule ou une liaison chimique. La polarité est due à la différence d'électronégativité entre les atomes qui la composent, aux différences de charge qu'elle induit, et à leur répartition dans l'espace. La molécule ou la liaison est ainsi considérée comme un dipôle électrostatique : plus les charges sont réparties de façon asymétrique, plus elle est polaire, et inversement. Si les charges sont réparties de façon totalement symétrique, elle sera apolaire, c'est-à-dire qu'elle n'a pas de polarité électrique et n'est donc pas un dipôle électrostatique.

La polarité et ses conséquences (forces de van der Waals, liaison hydrogène) influent sur un certain nombre de caractéristiques physiques (tension superficielle, point de fusion, point d'ébullition, solubilité) ou chimiques (réactivité).

Théorie

Polarité d'une liaison

Polarité

Dans une liaison, le doublet électronique peut ne pas être partagé équitablement entre les deux atomes : l'un des deux atomes peut avoir une force d'attraction sur le nuage électronique plus grande que l'autre. On appelle électronégativité cette capacité pour les atomes à attirer le nuage électronique. Ce partage inéquitable de la charge électronique transforme alors le couple atomique en dipôle. Tout se passe alors comme s'il y avait un transfert électronique partiel de l'atome le moins électronégatif vers l'atome le plus électronégatif. On introduit ce transfert fictif par des charges partielles : à l'atome le plus électronégatif qui attire à lui le doublet électronique, sera attribuée une charge partielle négative, notée -δe ou δ-, à l'autre une charge partielle positive, notée +δe ou δ+ (cette notation a été introduite en 1926 par Christopher et Hilda Ingold). La liaison covalente prend alors un caractère ionique partiel.

En fonction de la différence d'électronégativité entre les atomes, la liaison interatomique varie entre deux extrêmes :

Polarité d'une molécule

Une molécule est un assemblage chimique constitué d'une ou plusieurs liaisons covalentes résultant de la combinaison des orbitales atomiques des atomes qui la composent. Dans cette molécule, en fonction de la nature et donc de l'électronégativité des atomes qui la composent, peuvent apparaître des charges partielles. La répartition de ces charges dans l'espace donne son caractère polaire ou non à la molécule :

La polarité d'une molécule influe sur ses propriétés physiques ou chimiques. Les composés apolaires se dissolvent en général mal dans les solvants polaires (en particulier les hydrocarbures, apolaires, ne se dissolvent en général pas dans l'eau, solvant polaire), contrairement aux composés polaires. Dans des molécules comparables, avec des masses molaires similaires, les molécules polaires ont en général un point d'ébullition plus élevé à cause des interactions dipôle-dipôle entre molécules. Le cas le plus commun de ce type d'interaction est la liaison hydrogène, particulièrement présent dans l'eau.

Molécules polaires

De nombreuses molécules très courantes sont polaires, comme le saccharose, une forme commune de sucre. Les sucres en général possèdent de nombreuses liaisons oxygène-hydrogène (groupe hydroxyle -OH) et sont en général très polaires. L'eau est un autre exemple de molécule polaire, ce qui permet aux molécules polaires d'être généralement solubles dans l'eau. Deux substances polaires sont très solubles entre elles de même qu'entre deux molécules apolaires grâce aux interactions de Van der Waals.

Autres exemples :

Molécules apolaires

Une molécule peut être apolaire pour deux raisons : soit ses liaisons sont peu ou pas polaires, résultant en une distribution symétrique des électrons sur toute la molécule, soit parce que les charges créées par des liaisons polaires sont réparties de façon symétrique, faisant coïncider les barycentres des charges positives et négatives.

Des exemples de composés apolaires communs sont les hydrocarbures et les graisses. La plupart de ces molécules sont d'ailleurs insolubles à température ambiante dans l'eau (hydrophobie), solvant polaire. Cependant, beaucoup de solvants organiques sont capables de se dissoudre dans des composés polaires. Exemples :

Notes et références

Notes

  1. Ces bornes de 0,4 et 1,7 sont classiques mais relativement arbitraires.

Références

  1. (en) The Origin of the "Delta" Symbol for Fractional Charges Jensen, William B. J. Chem. Educ. 2009, 86, 545. Lien

Voir aussi