Le schéma de Lewis : méthode, doublets et exemples

À quoi sert un schéma de Lewis

Une formule brute comme H₂O dit quels atomes composent la molécule. Le schéma de Lewis va plus loin : il montre quels atomes sont liés entre eux et où se trouvent les électrons de la couche externe. Le modèle a été proposé par le chimiste américain Gilbert Lewis en 1916.

Il explique pourquoi une molécule est stable, et il prépare la suite du programme : géométrie des molécules, polarité, solubilité.

• Doublet liant : paire d’électrons partagée entre deux atomes, dessinée par un trait entre eux. C’est une liaison covalente.
• Doublet non liant : paire d’électrons qui reste sur un seul atome, dessinée par un trait à côté de lui.
• Lacune électronique : emplacement vide d’un doublet manquant, dessiné par un petit rectangle.

La règle de l’octet et du duet

Les gaz nobles sont très stables car leur couche externe est saturée. En se liant, les autres atomes tendent à acquérir la même structure : ils partagent des électrons jusqu’à en compter huit autour d’eux, en additionnant les doublets liants et non liants.

Règle de l’octet : un atome tend à s’entourer de 8 électrons, soit 4 doublets. Règle du duet : l’hydrogène s’entoure de 2 électrons, soit 1 doublet.

Astuce : Pour C, N, O et Cl : nombre de liaisons = 8 − électrons de valence.

Comment faire un schéma de Lewis : la méthode

• Étape 1. Écris la configuration électronique de chaque atome et compte ses électrons de valence.
• Étape 2. Additionne-les, puis divise par 2 pour obtenir le nombre total de doublets.
• Étape 3. Place les atomes et relie-les par des doublets liants. L’atome qui forme le plus de liaisons est au centre, et l’hydrogène est toujours en bout de chaîne.
• Étape 4. Répartis les doublets restants en doublets non liants. Si un atome n’a pas son octet, transforme un doublet non liant voisin en liaison double ou triple, puis vérifie chaque atome.

• L’eau H₂O. O apporte 6 électrons et chaque H en apporte 1 : 8 électrons, soit 4 doublets. Les deux liaisons O−H en utilisent 2. Les 2 restants vont sur l’oxygène, qui compte bien 8 électrons.
• Le dioxyde de carbone CO₂. 4 + 2 × 6 = 16 électrons, soit 8 doublets. Avec des liaisons simples, le carbone n’aurait pas son octet : il faut deux liaisons doubles, O=C=O, et 2 doublets non liants sur chaque oxygène.

Les schémas de Lewis des molécules à connaître

Le schéma de Lewis d’un ion

Pour un ion, on corrige le nombre d’électrons : on en retire un par charge positive et on en ajoute un par charge négative. La charge s’écrit ensuite à côté de l’atome qui la porte.

• H₃O⁺ : 6 + 3 − 1 = 8 électrons, soit 4 doublets. O est lié aux trois H, il garde 1 doublet non liant et porte la charge +.
• NH₄⁺ : 5 + 4 − 1 = 8 électrons, soit 4 doublets, tous liants. N porte la charge +.
• HO⁻ : 6 + 1 + 1 = 8 électrons, soit 4 doublets. 1 liant et 3 non liants, et O porte la charge −.

Astuce : L’ion H⁺ n’a plus aucun électron : son schéma de Lewis comporte une lacune. Le bore de BH₃ en a une aussi, car il n’est entouré que de 6 électrons.

1. 1. Combien d’électrons de valence possède un atome de soufre (Z = 16) ?

   16268
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   6. Sa configuration est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ : la couche 3 contient 2 + 4 = 6 électrons.

2. 2. Combien de doublets compte le schéma de Lewis de PH₃, avec P (Z = 15) ?

   3485
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   4. P apporte 5 électrons et les 3 H en apportent 3 : 8 électrons, soit 4 doublets.

3. 3. Combien de doublets non liants porte le soufre dans H₂S ?

   2103
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   2. 6 + 2 = 8 électrons, soit 4 doublets. 2 sont liants, il reste 2 doublets non liants sur le soufre, comme l’oxygène dans l’eau.

4. 4. Quelle liaison unit les deux atomes de la molécule N₂ ?

   Une liaison simpleUne liaison doubleAucune liaisonUne liaison triple
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   Une liaison triple. Chaque azote doit former 3 liaisons : N≡N. Chaque atome compte alors 6 électrons partagés et 2 d’un doublet non liant, soit 8.

5. 5. Combien d’électrons compter pour établir le schéma de l’ion H₃O⁺ ?

   91087
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   8. O apporte 6 électrons, les 3 H en apportent 3, et la charge + en retire 1 : 6 + 3 − 1 = 8.

6. 6. Quel est le schéma de Lewis correct de la molécule HCN ?

   H−C≡N, avec un doublet non liant sur NH=C=N, sans doublet non liantH−N=C, avec deux doublets non liants sur NH−C−N, avec trois doublets non liants sur N
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   H−C≡N, avec un doublet non liant sur N. 1 + 4 + 5 = 10 électrons, soit 5 doublets. H−C≡N en utilise 4 et le dernier va sur l’azote : C et N ont leur octet, H son duet.