Qu'est-ce que l'ordre de liaison ?
L'ordre de liaison mesure le nombre de liaisons chimiques entre deux atomes au sein d'une molécule. Dans la théorie des orbitales moléculaires (OM), il se calcule à partir du nombre d'électrons occupant les orbitales moléculaires liantes par rapport à celles qui sont antiliantes. Plus l'ordre de liaison est élevé, plus la liaison est généralement forte et courte ; à l'inverse, un ordre de liaison nul indique que la molécule (ou l'ion) ne se formera pas.
Comment utiliser ce calculateur
Saisissez le nombre total d'électrons présents dans les orbitales moléculaires liantes, puis celui des électrons dans les orbitales antiliantes. Ces valeurs proviennent du remplissage du diagramme énergétique des OM de votre molécule. Le calculateur affiche aussitôt l'ordre de liaison. Les orbitales liantes s'écrivent habituellement sans astérisque (par exemple σ, π) et les orbitales antiliantes avec un astérisque (σ*, π*).
La formule expliquée
L'équation de l'ordre de liaison s'écrit ainsi :
$$\text{Ordre de liaison} = \frac{\text{Électrons liants} - \text{Électrons antiliants}}{2}$$
Les électrons des orbitales liantes stabilisent la liaison, tandis que ceux des orbitales antiliantes l'affaiblissent. On divise par deux car chaque liaison chimique est formée par une paire d'électrons.
Exemple concret
Prenons la molécule de diazote N₂. Ses orbitales moléculaires comptent 10 électrons liants et 4 électrons antiliants. $$\text{Ordre de liaison} = \frac{10 - 4}{2} = \frac{6}{2} = \mathbf{3}$$ Ce résultat prédit correctement la solide triple liaison de N₂.
Ordre de liaison des molécules et ions diatomiques courants
Le tableau ci-dessous énumère les espèces diatomiques homonucléaires courantes avec le nombre d'électrons dans les orbitales moléculaires de liaison (\(N_b\)), le nombre dans les orbitales antiliantes (\(N_a\)), et l'ordre de liaison résultant calculé à partir de \(\text{BO} = (N_b - N_a)/2\). Les espèces avec un ordre de liaison de 0 ne sont pas stables en tant que molécules discrètes ; les espèces avec un ou plusieurs électrons non appariés sont paramagnétiques.
| Espèce | Électrons totaux | Électrons de liaison (\(N_b\)) | Électrons antiliants (\(N_a\)) | Ordre de liaison | Stabilité / magnétisme |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | 1 | 0 | 0,5 | Stable, paramagnétique |
| H₂ | 2 | 2 | 0 | 1 | Stable, diamagnétique |
| He₂ | 4 | 2 | 2 | 0 | Pas stable |
| Li₂ | 6 | 4 | 2 | 1 | Stable, diamagnétique |
| B₂ | 10 | 6 | 4 | 1 | Stable, paramagnétique |
| C₂ | 12 | 8 | 4 | 2 | Stable, diamagnétique |
| N₂ | 14 | 10 | 4 | 3 | Stable, diamagnétique |
| O₂⁺ | 15 | 10 | 3 | 2,5 | Stable, paramagnétique |
| O₂ | 16 | 10 | 6 | 2 | Stable, paramagnétique |
| O₂⁻ | 17 | 10 | 7 | 1,5 | Stable, paramagnétique |
| F₂ | 18 | 10 | 8 | 1 | Stable, diamagnétique |
| Ne₂ | 20 | 10 | 10 | 0 | Pas stable |
Les comptages d'électrons incluent les contributions de cœur (\(\sigma_{1s}\), \(\sigma^*_{1s}\)) et de valence pour les espèces de la deuxième ligne. Puisque les électrons de liaison et antiliants dérivés de \(1s\) s'annulent pour Li₂ à Ne₂, seuls les électrons de valence changent l'ordre de liaison — en comptant uniquement les électrons de valence, on obtient le même résultat.
Interprétation de votre résultat d'ordre de liaison
L'ordre de liaison est une mesure directe du nombre net de liaisons de paires d'électrons tenant ensemble deux atomes, et il est étroitement corrélé à la force et à la longueur de cette liaison.
- Ordre de liaison = 0 : Les électrons de liaison et antiliants s'annulent exactement, donc il n'y a pas de liaison nette. L'espèce (par exemple He₂, Ne₂) ne devrait pas exister en tant que molécule stable.
- Valeurs entières : Un ordre de liaison de 1 correspond à une liaison simple (H₂, F₂), 2 à une liaison double (O₂, C₂), et 3 à une liaison triple (N₂). Un ordre de liaison plus élevé signifie une liaison plus forte et plus courte.
- Valeurs fractionnaires : Les ions et les radicaux donnent souvent des ordres de liaison demi-entiers tels que 0,5 (H₂⁺), 1,5 (O₂⁻), ou 2,5 (O₂⁺). Un résultat fractionnaire reflète simplement un nombre d'électrons net impair et indique toujours une liaison réelle, bien que plus faible.
- Force et longueur de liaison : Dans une série d'espèces similaires, un ordre de liaison plus élevé signifie une énergie de dissociation de liaison plus grande et une distance internucléaire plus courte. Par exemple, la liaison triple N≡N (BO 3) est plus courte et beaucoup plus forte que la liaison simple F–F (BO 1).
Lien avec le magnétisme : L'ordre de liaison vous indique la liaison nette mais pas l'état de spin. Après avoir rempli le diagramme OM, vérifiez si des orbitales sont simplement occupées. Si des électrons non appariés demeurent — comme dans O₂, qui garde deux électrons non appariés dans ses orbitales \(\pi^*\) — la molécule est paramagnétique (attirée par un champ magnétique). Si chaque électron est appareillé, elle est diamagnétique. C'est pourquoi la théorie OM réussit là où les structures de Lewis simples échouent : elle prédit à la fois l'ordre de liaison de 2 et le paramagnétisme de l'oxygène moléculaire.
FAQ
L'ordre de liaison peut-il être fractionnaire ? Oui. Les ions et les radicaux tels que O₂⁻ ou l'ion H₂⁺ peuvent présenter des ordres de liaison demi-entiers, comme 1,5 ou 0,5.
Que signifie un ordre de liaison nul ? Cela indique que les électrons liants et antiliants se compensent : aucune liaison stable ne se forme. C'est le cas, par exemple, de l'hypothétique molécule He₂.
Quel lien entre l'ordre de liaison et la force de la liaison ? En règle générale, plus l'ordre de liaison est élevé, plus la liaison est forte et plus sa longueur est courte.
