Enchimie, unestructure de Lewis est une représentation en deux dimensions de lastructure électronique externe desatomes composant unemolécule ou union. Inventée parGilbert Lewis, elle se base sur la topologie de la molécule (connexion entre les atomes par desliaisons covalentes) et sur la théorie de lavalence. Elle concerne les atomes dugroupe principal.
La structure de Lewis consiste à définir la localisation desélectrons sur ou entre les atomes de la molécule. Seuls les électrons de valence sont considérés. On obtient ainsi une certaine vision de la structure électronique de la molécule par sesdoublets libres, sesdoublets liants (liaisons simples,doubles outriples), ses lacunes et ses éventuels électrons célibataires (dans le cas des radicaux).
Dans cette représentation, les électrons célibataires sont notés par des points et les paires d'électrons par des traits (plus rarement par deux points). Les traits peuvent être localisés sur un atome (doublet libre ou non liant) ou entre les atomes (doublet liant,liaison covalente). Unelacune électronique se représente par un rectangle vide.
Deux types de construction sont envisageables soit en faisant le maximum de liaison, soit en imposant l'octet. Dans tous les cas, une structure de Lewis est d'autant plus probable que :
Les deux approches présentées ici se basent sur une connaissance préalable du squelette de la molécule, c'est-à-dire de quel atome est relié à quel autre atome.
Cette approche est la plus courante, et la plus rapide à utiliser. Elle se fait en trois étapes :
Remarque : cette approche conduit parfois à des hypervalences mal contrôlées car dé-apparier les paires d'électrons des atomes est parfois délicat. L'octet n'est pas garanti et doit être vérifié.
Cette approche (qui est plus longue à appliquer) est la plus systématique. Elle conduit toujours à une bonne structure de Lewis car l'octet est imposé[1].
Cette approche se fait en cinq étapes :
Les structures de Lewis ont été inventées parGilbert N. Lewis en 1916[2], et se basent sur la théorie de lavalence deRichard Abegg, qui date de 1904[3]. La théorie de Lewis et ses prérequis sont donc étrangers à lamécanique quantique qui allait révolutionner la compréhension de la chimie, et qui n'en était en 1916 qu'à ses prémices. Les formules de Lewis sont notamment antérieures de plus de dix ans auxorbitales moléculaires, une approche qui ne commence à être développée qu'à partir de 1927[4]. Par conséquent, utiliser les structures de Lewis aujourd'hui implique d'en connaître les défauts.
Sans remettre en cause la validité de la méthode, certains ajustements sont à connaître et à pratiquer pour obtenir des formules de Lewis plus réalistes :
Une structure de Lewis n'est qu'une représentation simplifiée de la structure électronique. En général les erreurs se corrigent par la prise en compte de plusieurs structures de Lewis (comme dans CO2−), on parle demésomérie. On rencontre cependant quelques cas, emblématiques, où cette écriture est mise en défaut, et ne peut être corrigée simplement.
C'est le cas dudioxygène. Pour cette molécule, la représentation de Lewis donne :
. Dans cette représentation, chaque électron se retrouve apparié (sous forme de doublet), ce qui donnerait à la molécule de dioxygène des propriétésdiamagnétiques. Or celle-ci estparamagnétique, car elle présente des électrons non-appariés. L'approche correcte se fait par lesorbitales moléculaires, qui prédisent bien ces électrons non-appariés et donc ce paramagnétisme.
Malgré ses limites, la structure de Lewis demeure un outil indispensable pour les chimistes et permet d'expliquer la composition et la réactivité de nombreux composés, notamment enchimie organique, où lesmécanismes réactionnels sont souvent décrits en utilisant le code de représentation des structures de Lewis. Elle permet aussi souvent de prédire correctement la géométrie des molécules via la méthodeVSEPR.
Octet respecté : Molécule d'eau
Octet non respecté par excès : Molécule d'acide sulfurique
Lacune électronique : Molécule deborane
Octet imposé et hypervalence :Ylure de phosphore
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