Capsule 2.1 Flashcards
Qu’est-ce qu’une liaison covalente?
Une liaison covalente se forme entre 2 atomes par la mise en commun d’une paire d’électrons. Les liens covalents peuvent être simples, doubles ou triples. Ces liaisons servent au maintien des atomes à l’intérieur d’une molécule. La force d’un lien covalent varie selon les atomes impliqués, mais c’est, à la base, une liaison forte.
Qu’est-ce qu’un lien polaire?
Un lien covalent est polaire si les atomes impliqués ont une grande différence d’électronégativité.
Lorsque deux atomes montrant une grande différence d’électronégativité forment un lien covalent, on dit que ce lien est polaire. Prenons l’exemple d’une molécule d’eau. L’électronégativité de l’atome d’oxygène étant plus élevée, l’oxygène attire plus fortement les électrons que l’atome d’hydrogène. Cela provoque une distribution inégale de la charge à l’intérieur des liens covalents et la formation d’une charge partielle sur chaque atome. On parle alors de liens polaires.
De quoi dépend la polarité?
• La polarité de ses liens covalents
• Sa géométrie
Reprenons les exemples du CO2 et de l’H2O. L’arrangement non linéaire des atomes de la molécule d’eau permet une distribution inégale de la charge à l’intérieur d’une molécule. Cette distribution inégale est appelée dipôle. L’eau est donc une molécule polaire. Par contre, le CO2 n’est pas une molécule polaire, car les liens polaires de cette molécule sont alignés dans des directions opposées. Les charges partielles ainsi formées s’annulent l’une l’autre.
Qu’est-ce que la charge nette?
On parle de charge nette lorsque le nombre d’électrons d’un atome est différent du nombre de protons.
Comme nous venons de le voir, la polarité est due à la distribution inégale des électrons entre 2 atomes d’une même molécule. Même si la molécule acquiert alors une charge partielle, elle conserve tout de même autant de protons que d’électrons. Autrement dit, la charge nette est nulle.
Qu’est-ce qu’une liaison hydrogène?
Une liaison hydrogène peut se former entre deux groupements polaires. On peut également les appeler ponts hydrogène ou liens H. Une liaison H permet à deux atomes électronégatifs, comme l’oxygène, de partager partiellement l’électron d’un atome d’hydrogène. Dans une liaison hydrogène, il y a interactions entre les dipôles de charges opposées. C’est pourquoi on dit que les liens hydrogène sont des interactions de type dipôle-dipôle.
Il faut garder à l’esprit que 3 atomes sont toujours impliqués dans un lien hydrogène : un atome d’hydrogène bien sûr, et 2 atomes fortement électronégatifs. L’atome électronégatif formant un lien covalent avec l’hydrogène est appelé le donneur, alors que l’autre atome électronégatif faisant partie du lien hydrogène est appelé accepteur. Les liens H font presque deux fois la longueur des liens covalents.
Voici quelques exemples de groupement fonctionnels pouvant participer à une liaison hydrogène. Les groupements amine, carbonyle et hydroxyle forment fréquemment ce type de lien. Vous pouvez voir que la géométrie non linéaire de ces groupements ne permet pas l’annulation des charges partielles. Il y a donc formation de dipôle.
Lorsque l’eau est le solvant, les liens H se formeront préférentiellement avec les molécules d’eau à cause de la concentration élevée de l’eau.
De quoi dépend la forces des liens H?
Les liaisons hydrogène sont beaucoup moins fortes que les liaisons covalentes. La force des liaisons H varie généralement entre 2 et 20 kJ/mole. L’orientation des liens H est en partie responsable de cette variation.
Les liens hydrogène sont directionnels, c’est-à-dire que l’attraction entre les charges partielles est plus grande lorsque les atomes impliqués dans la liaison forment une ligne droite. À gauche, les 3 atomes impliqués dans la liaison hydrogène, soit l’accepteur, l’atome d’hydrogène et le donneur, sont en ligne droite. Le lien est donc plus fort comparativement à celui montré à droite où l’accepteur n’est pas aligné avec les 2 autres atomes.
Bref, la force du pont hydrogène variera selon la géométrie des molécules. L’orientation du lien H dépendra des contraintes structurales imposées par les atomes environnants.
Qu’est-ce qu’une liaison ionique?
Maintenant, considérons les liaisons ioniques. Une liaison ionique est une liaison résultant de l’attraction entre deux groupements fonctionnels de charges nettes opposées. Les appellations pont-sel, pont salin, interaction charge-charge et ion-pairing sont aussi utilisées pour désigner ces liaisons.
La force de ce type de liaison dépend du solvant. L’eau diminue beaucoup la force des liaisons ioniques à cause de sa constante diélectrique élevée. Par conséquent, les liaisons ioniques sont des interactions faibles lorsque l’eau est le solvant.
Qu’est-ce que les forces de Van der Waals?
Les forces de Van der Waals sont un autre type d’interactions non covalentes. Au-dessus du zéro absolu, les atomes commencent à osciller, c’est-à-dire que le noyau, représenté par le cercle noir, et les nuages d’électrons, représentés par le cercle jaune, se mettent en mouvement. Les électrons sont mobiles et on les retrouve un instant à une extrémité de l’atome et l’instant d’après à l’autre extrémité. Le noyau ne se retrouve donc plus au centre géométrique de l’atome. Il en résulte un déséquilibre des charges : un côté est plutôt positif, l’autre plutôt négatif. Ainsi, un dipôle se forme durant un court délai. On parle alors d’un dipôle transitoire.
Lorsque 2 atomes se rapprochent l’un de l’autre, la présence d’un dipôle transitoire chez l’un des atomes induira un dipôle chez l’atome voisin. Le rapprochement de ces deux atomes provoque la délocalisation des nuages d’électrons les entourant. Les dipôles induits ainsi formés seront attirés l’un vers l’autre selon le concept des charges opposées.
Qu’est-ce que le contact de Van der Waals?
Les forces de Van der Waals sont à la fois répulsives et attractives. Cette figure représente l’énergie en fonction de la distance entre les noyaux. Lorsque deux atomes sont éloignés, il n’y a aucune force d’attraction ou de répulsion.
Lorsqu’ils se rapprochent, l’énergie devient négative donc thermodynamiquement favorable, indiquant qu’il y aura une force d’attraction entre les deux atomes. Cependant, lorsque la distance entre les deux atomes diminue davantage, il y a alors répulsion, puisque les électrons de leurs orbitales finissent par se repousser.
Lorsque 2 atomes ne sont séparés que par la somme de leur rayon de Van der Waals, on dit qu’il y a contact de Van der Waals. Le contact de Van der Waals correspond à la distance où l’attraction entre 2 atomes est maximale. Le rayon de Van der Waals varie d’un atome à l’autre selon leur nombre d’orbitales et la taille de leur noyau. Ce rayon peut être utilisé pour calculer le volume minimum occupé par l’atome.
Qu’est-ce que les interactions hydrophobes?
Lorsqu’un composé non polaire est mélangé à l’eau, il y a réorganisation du réseau de molécules d’eau, car les molécules d’eau situées à proximité d’une molécule hydrophobe ne peuvent interagir avec cette molécule. Cette réorganisation finit par former une cage autour des molécules non polaires. Cette cage est appelée clathrate. Dans un clathrate, les molécules d’eau sont ordonnées. Il y a donc une diminution de l’entropie ce qui, je vous le rappelle, est thermodynamiquement défavorable.
Deux molécules insolubles dans l’eau subiront une attraction l’une pour l’autre que l’on appelle interaction hydrophobe. L’agrégation de ces molécules n’est pas réellement due à une attraction mutuelle, mais plutôt à la réorganisation des clathrates en une seule cage. Ainsi, il y a diminution de la surface de contact entre les molécules hydrophobes et l’eau, ce qui diminue le nombre de molécules d’eau participant à la formation du clathrate. Puisque le nombre de molécules d’eau qui sont ordonnées est moindre, le changement d’entropie est moins important.
Les interactions hydrophobes ne sont pas des liaisons chimiques, mais plutôt un processus d’exclusion des substances non polaires. Aucun lien n’est formé entre le solvant et les substances hydrophobes ou entre ces substances elles-mêmes.
Quelle est l’importance des interactions non covalentes?
• Structure unique d’une macromolécule
• Principalement maintenue par des interactions chimiques faibles
• Complémentarité structurale
• Labasedelareconnaissancemoléculaire
• Clé/serrure
Forces faibles:
• Se forment et se brisent constamment
Point positif :
• Souplesse
• Libération rapide des enzymes ou récepteurs
Point négatif :
• Dénaturation
• Perte de la structure des biomolécules
