ATOMES ET MOLECULES

Toutes les réponses devront être justifiées clairement , une réponse non justifiée ne sera pas prise en compte. La plupart des questions sont indépendantes.

LE BORE

Données :

Longueur estimée des liaisons :

BN : Simple : 1,57 A° - Double : 1,46 A° - Triple : 1,22 A°

BO : Simple : 1,53 A° - Double : 1,32 A° - Triple : 1,19 A°

BH : Simple 1,21 A°

Effet d’écran de Slater :

même groupe 0,35 (0,3 pour 1s) – groupe précédant : 0,85 – groupe interne : 1

1 D = 0,333 10^-29 C.m

e = 1,6 10^-19 C

Le bore possède deux isotopes stables dont le plus abondant est ¹¹B avec 81,2 % d’abondance naturelle. La masse molaire du bore est 10,811 g.mol^-1.

1) Quel est l’autre isotope stable du bore ? (0,5 point)

2) Donner la configuration électronique de l’atome de Bore (Z = 5). (0,25 point)

3) Calculer sa charge nucléaire effective Z* dans le modèle de Slater. (0,25 point)

Molécules BH₃ et ion moléculaire BH₄^- :

4) Donner les schémas de Lewis et décrire la géométrie de ces deux espèces chimiques. On indiquera la valeur prévue par la méthode R.P.E.C.V pour les angles HBH. (2 points)

5) Une des échelles d’électronégativité utilisée par les chimistes calcule celle-ci par la formule X = 0,34 W + 0,67.

5-1) Quelle est cette échelle d’électronégativité ? (0,25 point)

5-2) Dans cette échelle, à quel phénomène physique est associé la notion d’électronégativité ? (0,25 point)

5-3) A quoi correspond le terme W ? (0,25 point)

Dans cette échelle, les électronégativités du bore et de l’hydrogène sont respectivement : X_B = 2,01 et X_H = 2,20.

On suppose que la formule empirique de Haney-Smith : %IAB = 16 IDXI + 3,5 (DX)² est une bonne approximation du pourcentage d’ionicité de la liaison AB.

Dans cette hypothèse calculer :

5-4) Les charges partielles portées par les atomes B et H dans une liaison BH. (0,5 point)

5-5) Le moment dipolaire d’une liaison BH. (0,5 point)

5-6) Justifier graphiquement (sans démonstration) que le moment dipolaire global de BH₃ est nul. (0,5 point)

6-1) On rappelle que selon la règle de Sanderson, un élément est métallique si le nombre d’électrons sur sa couche de n le plus élevé est inférieur ou égal au numéro de sa période. D’après ce seul critère, le bore est-il un métal ? (0,25 point)

6-2) D’après sa position dans la classification périodique, quel est l’ion le plus stable du Bore ? (0,25 point)

6-3) D’après ce seul critère le bore est-il un métal ? (0,25 point)

6-4) Quel oxyde (considéré comme purement ionique) donne normalement le bore ? (0,25 point)

Quand on dissout cet oxyde dans l’eau, la solution obtenue est acide. L’acide obtenu est appelé acide borique et a pour formule brute H₃BO₃.

6-5) D’après ce seul critère le Bore est-il un métal ? (0,25 point)

L’acide borique est un monoacide faible de pKa = 9,5. Il ne s’agit pas d’un acide de Bronsted mais d’un acide de Lewis.

7) Rappelez les définitions de ces deux types d’acides. (0,5 point)

Lors de sa réaction avec l’eau, l’acide borique fixe un ion OH^- et simultanément un ion H⁺ est libéré. Cette réaction s’écrit : H₃BO₃ + H₂O = B(OH)₄ + H⁺

L’expérience montre que les liaisons BO dans la molécule H₃BO₃ mesurent 1,36 A° et que les angles BOB ont une valeur expérimentale de 119,7°.

8) En déduire le schéma de Lewis moléculaire de l’acide borique. ? (0,5 point)

9) Montrer que les valeurs expérimentales sont en accord avec la structure de l’hybride de résonance si on fait intervenir des formes mésomères que l’on précisera.

On ne tiendra pas compte des charges formelles éventuelles dans l’hybride de résonance, on ne s’intéresse ici qu’aux longueurs des liaisons BO (0,5 point)

10) Molécule BN :

Le bore et l’azote donne un composé de formule BN. La longueur de la liaison BN est de 1,281 A° soit une valeur intermédiaire entre triple et double liaison .

10-1) Décrire cette molécule dans le modèle de Lewis. (0,25 point)

10-2) Décrire cette molécule dans le modèle C.L.O.A – OM. On supposera qu’il y a des interactions sp. (0,5 point)

10-3) Montrer que les valeurs expérimentales des longueurs de liaison BN sont intermédiaires entre les valeurs prévues par ces deux modèles (0,25 point)

11) Le cyclotriborazane B₃N₃H₆ :

Cette molécule est cyclique et présente une analogie avec la molécule de benzène C₆H₆. Il y a alternance des atomes de bore et d’azote dans un cycle à 6 atomes. Toutes les liaisons BN sont identiques entre elles, Leur longueur expérimentale est de 1,446 A°. Ecrire les trois formes mésomères principales de la molécule de cyclotriborazane. Montrer que la longueur de la liaison BN est conforme à l’hybride de résonance. Aide : la forme mésomère principale est non chargée et ne présente que des liaisons simples, les deux autres formes mésomères sont chargées avec alternance de doubles et de simples liaisons BN. (1 point)

Thierry Briere : http://www.chimie-briere.com/