Longueur de liaison - Bond length
En géométrie moléculaire , la longueur de liaison ou la distance de liaison est définie comme la distance moyenne entre les noyaux de deux atomes liés dans une molécule . C'est une propriété transférable d'une liaison entre des atomes de types fixes, relativement indépendants du reste de la molécule.
Explication
La longueur de la liaison est liée à l' ordre des liaisons : lorsque plus d' électrons participent à la formation des liaisons, la liaison est plus courte. La longueur de la liaison est également inversement liée à la force de la liaison et à l' énergie de dissociation de la liaison : tous autres facteurs étant égaux, une liaison plus forte sera plus courte. Dans une liaison entre deux atomes identiques, la moitié de la distance de liaison est égale au rayon covalent .
Les longueurs de liaison sont mesurées en phase solide au moyen de la diffraction des rayons X , ou approchées en phase gazeuse par spectroscopie micro-ondes . Une liaison entre une paire donnée d'atomes peut varier entre différentes molécules. Par exemple, les liaisons carbone-hydrogène du méthane sont différentes de celles du chlorure de méthyle . Il est cependant possible de faire des généralisations lorsque la structure générale est la même.
Longueurs de liaison du carbone avec d'autres éléments
Un tableau avec des liaisons simples expérimentales pour le carbone à d'autres éléments est donné ci-dessous. Les longueurs de liaison sont données en picomètres . Par approximation, la distance de liaison entre deux atomes différents est la somme des rayons covalents individuels (ceux-ci sont donnés dans les articles sur les éléments chimiques pour chaque élément). En règle générale, les distances de liaison diminuent sur la ligne du tableau périodique et augmentent d' un groupe . Cette tendance est identique à celle du rayon atomique .
| Élément collé | Longueur de liaison ( pm ) | Grouper |
|---|---|---|
| H | 106–112 | groupe 1 |
| Être | 193 | groupe 2 |
| mg | 207 | groupe 2 |
| B | 156 | groupe 13 |
| Al | 224 | groupe 13 |
| Dans | 216 | groupe 13 |
| C | 120-154 | groupe 14 |
| Si | 186 | groupe 14 |
| Sn | 214 | groupe 14 |
| Pb | 229 | groupe 14 |
| N | 147-210 | groupe 15 |
| P | 187 | groupe 15 |
| Comme | 198 | groupe 15 |
| Sb | 220 | groupe 15 |
| Bi | 230 | groupe 15 |
| O | 143–215 | groupe 16 |
| S | 181–255 | groupe 16 |
| Cr | 192 | groupe 6 |
| Se | 198-271 | groupe 16 |
| Te | 205 | groupe 16 |
| Mo | 208 | groupe 6 |
| W | 206 | groupe 6 |
| F | 134 | groupe 17 |
| Cl | 176 | groupe 17 |
| Br | 193 | groupe 17 |
| je | 213 | groupe 17 |
Longueurs de liaison dans les composés organiques
La longueur de liaison entre deux atomes dans une molécule dépend non seulement des atomes mais aussi de facteurs tels que l' hybridation orbitale et la nature électronique et stérique des substituants . La longueur de la liaison carbone-carbone (C-C) dans le diamant est de 154 pm. Il est généralement considéré comme la longueur moyenne d'une liaison simple carbone-carbone, mais c'est également la plus grande longueur de liaison qui existe pour les liaisons covalentes carbone ordinaires. Puisqu'une unité atomique de longueur (c'est-à-dire un rayon de Bohr) est de 52,9177 pm, la longueur de la liaison C-C est de 2,91 unités atomiques, soit environ trois rayons de Bohr de long.
Des longueurs de liaison inhabituellement longues existent. Le détenteur actuel du record de la liaison CC la plus longue avec une longueur de 186,2 pm est le 1,8-bis(5-hydroxydibenzo[a,d]cycloheptatrien-5-yl)naphtalène, l'une des nombreuses molécules de la catégorie des hexaaryléthanes , qui sont dérivés à base de squelette hexaphényléthane . La liaison est située entre les carbones C1 et C2 comme illustré dans une image ci-dessous.
Un autre composé notable avec une longueur de liaison CC extraordinaire est le tricyclobutabenzène , dans lequel une longueur de liaison de 160 pm est signalée. La plus longue liaison CC dans la catégorie de cyclobutabenzene est de 174 heures en fonction de la cristallographie aux rayons X . Dans ce type de composé, le cycle cyclobutane forcerait des angles de 90° sur les atomes de carbone connectés au cycle benzénique où ils ont généralement des angles de 120°.
L'existence d'une très longue longueur de liaison C-C allant jusqu'à 290 pm est revendiquée dans un dimère de deux tétracyanoéthylène dianions, bien que cela concerne une liaison 2-électron-4-centre. Ce type de liaison a également été observé dans les dimères de phénalényle neutres . Les longueurs de liaison de ces soi-disant "liaisons en crêpe" vont jusqu'à 305 pm.
Des distances de liaison C-C plus courtes que la moyenne sont également possibles : les alcènes et les alcynes ont des longueurs de liaison de respectivement 133 et 120 pm en raison de l'augmentation du caractère s de la liaison sigma . Dans le benzène toutes les liaisons ont la même longueur : 139 pm. L'augmentation du caractère s des liaisons carbone-carbone est également notable dans la liaison centrale du diacétylène (137 pm) et celle d'un certain dimère tétraédrique (144 pm).
Dans le propionitrile, le groupe cyano retire des électrons, ce qui entraîne également une longueur de liaison réduite (144 pm). La compression d'une liaison C-C est également possible en appliquant une contrainte . Il existe un composé organique inhabituel appelé In-méthylcyclophane avec une distance de liaison très courte de 147 pm pour le groupe méthyle coincé entre un triptycène et un groupe phényle. Dans une expérience in silico , une distance de liaison de 136 pm a été estimée pour le néopentane enfermé dans le fullerène . La plus petite liaison théorique C–C obtenue dans cette étude est de 131 pm pour un dérivé hypothétique du tétraèdre.
La même étude a également estimé que l'étirement ou la compression de la liaison C-C dans une molécule d' éthane à 17 heures nécessitait respectivement 2,8 ou 3,5 kJ / mol . L'étirement ou la compression de la même liaison à 15 pm nécessitait environ 21,9 ou 37,7 kJ/mol.
| C–H | Durée ( pm ) | C–C | Durée (après-midi) | Obligations multiples | Durée (après-midi) |
|---|---|---|---|---|---|
| sp 3 –H | 110 | sp 3 –sp 3 | 154 | Benzène | 140 |
| sp 2 –H | 109 | sp 3 –sp 2 | 150 | Alcène | 134 |
| sp–H | 108 | sp 2 –sp 2 | 147 | Alcyne | 120 |
| sp 3 –sp | 146 | Allène | 130 | ||
| sp 2 –sp | 143 | ||||
| sp–sp | 137 |