Fiche de révision : Chimie inorganique et de coordination

Les notions de cette fiche

• Théorie du champ des ligands — Levée de dégénérescence des cinq orbitales d d'un ion de transition placé dans un champ de ligands : éclatement octaédrique (t2g sous eg, écart Δo) et éclatement tétraédrique (e sous t2, écart Δt), toujours plus faible. Série spectrochimique et facteurs qui gouvernent Δ (nature du ligand, degré d'oxydation, période du métal). Compétition entre l'éclatement et l'énergie d'appariement P : configuration à champ fort (bas spin) si Δ dépasse P, à champ faible (haut spin) sinon, et détermination du nombre d'électrons célibataires. Énergie de stabilisation du champ cristallin comptée en unités de Δ. Conséquences observables : moment magnétique de spin seul, couleur due à la transition d–d et longueur d'onde absorbée déduite de Δ.
• Décompte électronique et règle des 18 électrons — Décompte des électrons de valence d'un complexe organométallique par les deux conventions équivalentes (modèle ionique et modèle covalent), classement des ligands en donneurs de deux, quatre ou six électrons, notation de l'hapticité pour les ligands polyènes, prise en compte de la charge globale et des liaisons métal-métal. Règle des 18 électrons comme critère de stabilité des complexes des métaux de transition, et ses exceptions attendues : complexes plan carré à 16 électrons des métaux d8, complexes des métaux des premières colonnes, encombrement stérique. Lien entre le décompte, le degré d'oxydation du métal et le nombre d'électrons d.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

• Configuration électronique — Sous-couches 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, règle de remplissage, électrons de valence (Z ≤ 18), lien avec la stabilité des gaz nobles.
• Organisation du tableau périodique — Périodes et colonnes, classement par Z croissant, lien colonne / électrons de valence, position d'un élément à partir de sa configuration.
• Géométrie et polarité des molécules — Répulsion des doublets (VSEPR qualitatif), géométrie tétraédrique, pyramidale, coudée, linéaire ; électronégativité, liaison polarisée, molécule polaire.
• Spectroscopie UV-visible et loi de Beer-Lambert — Absorbance, spectre d'absorption, longueur d'onde au maximum, couleur perçue et couleur absorbée, A = ε ℓ C, dosage par étalonnage.
• Orbitales atomiques et nombres quantiques — Quantification de l'énergie d'un électron dans un atome ; les quatre nombres quantiques (n, l, ml, ms) et leurs valeurs permises ; orbitales s et p, dégénérescence d'une sous-couche ; principe d'exclusion de Pauli, règle de Klechkowski, règle de Hund ; configuration électronique d'un atome et d'un ion monoatomique, électrons de cœur et de valence ; lecture des périodes et des blocs de la classification, évolution du rayon atomique, de l'énergie de première ionisation et de l'électronégativité.
• Complexes des métaux de transition : structure, couleur et magnétisme — Décrire les édifices que forme un cation métallique de transition avec ses ligands, au-delà du seul calcul d'équilibre. Ligand donneur de doublet, site accepteur du métal, indice de coordination et géométries usuelles (octaédrique, tétraédrique, plan carré) ; ligands monodentes et polydentes, effet chélate et stabilité comparée ; nomenclature et isomérie propres aux complexes. Configuration électronique de l'élément de transition et de son ion. Levée de dégénérescence des orbitales d dans un champ octaédrique : deux groupes d'orbitales séparés par un écart énergétique, champ fort et champ faible, remplissage à spin fort ou à spin faible et conséquence directe sur le caractère magnétique. Absorption d'un photon visible correspondant à cet écart, et lien entre la couleur perçue et la couleur absorbée. Application : dosage spectrophotométrique d'un complexe coloré, rôle des complexes dans le vivant et en catalyse.
• Schémas de Lewis des molécules — Règles du duet et de l'octet, liaisons covalentes, doublets liants et non liants, schéma de Lewis de molécules simples (H₂O, NH₃, CO₂, CH₄).
• Oxydants, réducteurs et réactions d'oxydoréduction — Couple Ox/Red, demi-équation électronique, transfert d'électrons, équation d'oxydoréduction en milieu acide, nombre d'oxydation (introduction).

S’entraîner sur ces notions

• S’entraîner : Champ des ligands : occupation des orbitales et spin
• S’entraîner : Décompte électronique et règle des dix-huit électrons

Pour aller plus loin

• Chimie analytique instrumentale
• Chimie des polymères et des matériaux
• Chimie du solide et des matériaux
• Chimie théorique et modélisation
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