Principe de la théorie VSEPR
La théorie VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion, ou répulsion des paires électroniques de la couche de valence) postule que les paires électroniques — liantes ou non liantes — autour d'un atome central se repoussent et s'arrangent pour minimiser ces répulsions. La forme de la molécule découle directement de cet arrangement.
Ordre de répulsion (du plus fort au plus faible) : paires libres–paires libres > paires libres–paires liantes > paires liantes–paires liantes
Les paires libres occupent donc plus d'espace angulaire et compriment les angles des liaisons.
Notation AXₙEₘ
On décrit l'atome central A par : - n = nombre de doublets liants (X) - m = nombre de paires libres (E)
La géométrie des paires (disposition dans l'espace) détermine les angles idéaux ; la géométrie moléculaire (forme réelle) ne tient compte que des liaisons.
| Notation | Paires totales | Géométrie des paires | Géométrie moléculaire | Angle idéal |
|---|---|---|---|---|
| AX₂ | 2 | Linéaire | Linéaire | 180° |
| AX₃ | 3 | Plan trigonal | Plan trigonal | 120° |
| AX₂E | 3 | Plan trigonal | Coudée (angulaire) | < 120° |
| AX₄ | 4 | Tétraédrique | Tétraédrique | 109,5° |
| AX₃E | 4 | Tétraédrique | Pyramidale à base trigonale | < 109,5° |
| AX₂E₂ | 4 | Tétraédrique | Coudée | < 109,5° |
| AX₅ | 5 | Bipyramidale trigonale | Bipyramidale trigonale | 90°/120° |
| AX₆ | 6 | Octaédrique | Octaédrique | 90° |
Exemples détaillés
CO₂ : AX₂ (2 liaisons doubles sur C, aucune paire libre) → linéaire, angle O−C−O = 180°. Molécule apolaire.
[H₂O](/compound/water) : AX₂E₂ (O a 2 liaisons O−H + 2 paires libres) → coudée, angle H−O−H = 104,5° (compression des paires libres). Molécule polaire.
[NH₃](/compound/ammonia) : AX₃E (N a 3 liaisons + 1 paire libre) → pyramidale à base trigonale, angle H−N−H = 107°. Molécule polaire.
[CH₄](/compound/methane) : AX₄ (C a 4 liaisons, aucune paire libre) → tétraédrique, angle H−C−H = 109,5°. Molécule apolaire.
PCl₅ : AX₅ → bipyramidale trigonale (positions axiales à 90° des équatoriales, équatoriales à 120° entre elles).
Polarité et moment dipolaire
La forme d'une molécule détermine si ses liaisons polaires s'annulent ou non :
- CO₂ est linéaire : les deux dipôles C=O (de même intensité, sens opposés) se compensent → molécule apolaire.
- H₂O est coudée : les deux dipôles O−H ne se compensent pas → molécule polaire (μ ≠ 0).
Cette polarité gouverne les interactions intermoléculaires (liaisons hydrogène, forces de Van der Waals) et donc les propriétés physiques des composés.