Générateur de diagramme des orbitales moléculaires
Indiquez une molécule (O₂, N₂, CO, HF) et obtenez son diagramme d'énergie : les orbitales atomiques de part et d'autre, les orbitales moléculaires σ et π dans l'ordre propre à cette molécule, les électrons placés selon le principe d'Aufbau et la règle de Hund, l'indice de liaison indiqué. Ou consultez gratuitement plus bas le diagramme de O₂ annoté et vierge.
Ou partir d'un exemple
Diagramme des orbitales moléculaires de O₂ annoté (corrigé)
Les orbitales 2s et 2p des deux atomes d'oxygène, toutes les orbitales moléculaires σ et π dans leur ordre, les 12 électrons de valence en place, un indice de liaison de 2 et les deux électrons π* célibataires qui rendent O₂ paramagnétique. À imprimer comme corrigé ou à distribuer comme fiche de révision.
Diagramme des orbitales moléculaires vierge à compléter
Le même dessin de O₂, électrons conservés, chaque annotation remplacée par une ligne de réponse vide : les élèves nomment chaque orbitale et retrouvent l'indice de liaison et le magnétisme.
Qu'est-ce qu'un diagramme des orbitales moléculaires ?
Un diagramme des orbitales moléculaires (OM) est le diagramme d'énergie d'une molécule : les orbitales atomiques de chaque atome occupent les colonnes extérieures, les orbitales moléculaires qu'elles forment occupent le centre (liantes σ et π plus bas, antiliantes σ* et π* plus haut), et les électrons sont placés de bas en haut. Leur décompte donne l'indice de liaison, (liants − antiliants) / 2, et tout électron célibataire signale une molécule paramagnétique.
L'essentiel
- L'ordre de σ2p et π2p s'inverse entre N₂ et O₂. De Li₂ à N₂, l'interaction s-p fait passer σ2p au-dessus des deux π2p ; pour O₂ et F₂, l'écart entre 2s et 2p est trop grand et σ2p reste sous π2p. Un diagramme de O₂ dessiné dans l'ordre de N₂ est l'erreur la plus courante.
- Indice de liaison = (électrons liants − électrons antiliants) / 2. N₂ compte 8 électrons de valence liants et 2 antiliants, soit un indice de 3 ; O₂ en compte 8 et 4, soit 2 ; He₂ en aurait 2 et 2, soit 0, et n'existe donc pas.
- La théorie des OM explique pourquoi O₂ est magnétique. Ses deux derniers électrons occupent chacun l'une des deux orbitales π*2p de même énergie (règle de Hund) et restent célibataires ; une balance magnétique le mesure, une structure de Lewis ne le montre pas.
- Autant d'orbitales en sortie qu'en entrée. Deux orbitales 1s donnent σ1s et σ*1s ; deux jeux de trois orbitales 2p donnent σ2p, deux π2p, deux π*2p et σ*2p : six entrent, six sortent.
- Pour une molécule hétéronucléaire, les deux colonnes sont décalées. Dans CO, NO ou HF, les orbitales de l'atome le plus électronégatif sont plus basses et les orbitales liantes en sont plus proches en énergie ; NO, avec 11 électrons de valence, a un indice de liaison de (8 − 3) / 2 = 2,5.
Comment fonctionne le générateur de diagramme OM ?
Indiquez la molécule
Précisez la molécule ou l'ion et le niveau de détail : le diagramme complet de O₂ avec tous ses électrons, un diagramme simple de H₂, N₂ à côté de O₂. Une phrase suffit.
Choisissez un style
Par défaut, une planche de manuel nette et plate : fond blanc, niveaux d'orbitales, lignes de corrélation en pointillés et électrons en demi-flèches. Ou appliquez le trait d'encre, la 3D et d'autres finitions.
Affinez et exportez
Le résultat s'ouvre dans votre espace de travail : redessinez des zones, modifiez les annotations directement sur le canevas, agrandissez et exportez en haute résolution.
Diagrammes OM des molécules diatomiques de la deuxième période
Électrons de valence, ordre des orbitales, indice de liaison et magnétisme de chaque molécule diatomique homonucléaire de Li₂ à Ne₂, d'après OpenStax Chemistry 2e. La colonne sur l'ordre des orbitales est la première à vérifier sur n'importe quel diagramme.
| Molécule | Électrons de valence | Ordre des orbitales 2p | Indice de liaison | Magnétisme |
|---|---|---|---|---|
| Li₂ | 2 | π2p sous σ2p (interaction s-p) | 1 | Diamagnétique |
| Be₂ | 4 | π2p sous σ2p (interaction s-p) | 0 : ne se forme pas | — |
| B₂ | 6 | π2p sous σ2p (interaction s-p) | 1 | Paramagnétique, 2 électrons π célibataires |
| C₂ | 8 | π2p sous σ2p (interaction s-p) | 2 | Diamagnétique |
| N₂ | 10 | π2p sous σ2p (interaction s-p) | 3 | Diamagnétique |
| O₂ | 12 | σ2p sous π2p | 2 | Paramagnétique, 2 électrons π* célibataires |
| F₂ | 14 | σ2p sous π2p | 1 | Diamagnétique |
| Ne₂ | 16 | σ2p sous π2p | 0 : ne se forme pas | — |
Seul l'ordre des 2p change. Partout, σ2s et σ*2s sont tout en bas et σ*2p tout en haut ; la seule question est de savoir si σ2p se trouve au-dessus des deux π2p (de Li₂ à N₂) ou en dessous (de O₂ à Ne₂). Indiquez la molécule et le diagramme est dessiné dans son ordre.
Orbitales liantes et antiliantes : quelle différence ?
Une orbitale liante (σ, π) concentre la densité électronique entre les deux noyaux et se situe plus bas en énergie que les orbitales atomiques dont elle provient ; une orbitale antiliante (σ*, π*) présente un nœud entre les noyaux et se situe plus haut. Les électrons liants tiennent les atomes ensemble, les électrons antiliants en annulent une partie.
| Orbitale liante | Orbitale antiliante | |
|---|---|---|
| Symbole | σ, π | σ*, π* (l'astérisque signale l'antiliante) |
| Énergie | Plus basse que celle des orbitales atomiques de départ | Plus haute que celle des orbitales atomiques de départ |
| Densité électronique entre les noyaux | Renforcée : les ondes s'additionnent | Nulle sur un plan nodal : les ondes s'annulent |
| Effet sur la liaison | Chaque électron ajoute ½ à l'indice de liaison | Chaque électron retire ½ à l'indice de liaison |
| Place sur le diagramme | Sous les niveaux des orbitales atomiques | Au-dessus des niveaux des orbitales atomiques |
| Dans O₂ | σ2s, σ2p et les deux π2p : 8 électrons | σ*2s et les deux π*2p : 4 électrons ; σ*2p vide |
Vérifiez d'abord les demi-flèches : deux électrons appariés pointent en sens opposés, des orbitales de même énergie reçoivent un électron chacune avant tout appariement (règle de Hund), et aucun niveau n'en porte plus de deux. Les deux électrons π* de O₂ dessinés en paire : voilà l'erreur à chercher en premier.
Où utilise-t-on les diagrammes des orbitales moléculaires ?
Les diagrammes des orbitales moléculaires servent surtout en enseignement de chimie générale et inorganique (exercices, révisions, diapositives de cours) et dans les exposés de recherche sur la liaison, la spectroscopie et les matériaux. Ce qui change, c'est la molécule : H₂ et He₂ pour commencer, les diatomiques de la deuxième période et CO ensuite, les orbitales frontières en chimie organique et des matériaux.
Chimie générale
Première année de licence, classes préparatoires, BTS : diagrammes OM de H₂, He₂ et des diatomiques de la deuxième période, l'indice de liaison et le magnétisme lus directement sur le diagramme rempli.
Chimie inorganique
Molécules hétéronucléaires comme CO, NO et HF, où les orbitales de l'atome le plus électronégatif sont plus basses : la base des complexes métal-carbonyle et de la théorie du champ des ligands.
Révisions d'examen
Comparaisons sur une page, comme N₂ face à O₂, qui montrent l'inversion de l'ordre des orbitales (le point le plus souvent interrogé) avec leurs indices de liaison et leurs électrons célibataires.
Figures de recherche et d'enseignement
Schémas d'énergie HOMO-LUMO pour exposés et articles en photochimie, électronique organique et catalyse, où l'écart entre les deux détermine ce qu'une molécule absorbe.
Questions fréquentes sur les diagrammes des orbitales moléculaires
Que doit contenir un diagramme des orbitales moléculaires annoté ?
Les orbitales atomiques de chaque atome dans les colonnes extérieures, chaque orbitale moléculaire au centre avec son nom (σ2s, σ*2s, σ2p, π2p, π*2p, σ*2p), des pointillés qui les relient, les électrons en demi-flèches et un axe des énergies orienté vers le haut. La plupart des cours demandent aussi l'indice de liaison et le caractère paramagnétique ou diamagnétique de la molécule.
Puis-je obtenir un diagramme OM vierge à faire compléter aux élèves ?
Oui : consultez gratuitement la version vierge de O₂ sur cette page, ou demandez n'importe quelle molécule avec des niveaux vides et chaque annotation remplacée par une ligne de réponse. La version annotée en est le corrigé, les deux s'impriment ensemble.
Pourquoi O₂ est-il paramagnétique ?
Parce que ses deux derniers électrons de valence occupent, célibataires, chacune des deux orbitales π*2p. Ces deux orbitales ont la même énergie, donc la règle de Hund y place un électron chacune avant tout appariement. La structure de Lewis apparie tous les électrons de O₂ et n'explique pas pourquoi l'oxygène liquide reste collé à un aimant ; le diagramme OM, si.
Pourquoi N₂ et O₂ n'ont-ils pas le même ordre d'orbitales ?
À cause de l'interaction s-p. De Li₂ à N₂, les orbitales 2s et 2p sont proches en énergie, leurs combinaisons σ se mélangent et σ2p remonte au-dessus des deux π2p. Pour O₂ et F₂, l'écart 2s–2p est plus grand, le mélange ne suffit plus à inverser l'ordre et σ2p reste sous π2p.
Comment calculer l'indice de liaison à partir du diagramme OM ?
Comptez les électrons des orbitales liantes et des orbitales antiliantes, faites la différence et divisez par deux. Pour O₂ : 8 liants (σ2s, σ2p, les deux π2p) moins 4 antiliants (σ*2s, les deux π*2p) donnent (8 − 4) / 2 = 2, la double liaison de sa structure de Lewis. Un indice de 0, comme pour He₂ ou Ne₂, signifie que la molécule ne se forme pas.
Comment dessiner le diagramme OM d'une molécule hétéronucléaire comme CO ou HF ?
Placez plus bas, dans sa propre colonne, les orbitales de l'atome le plus électronégatif. Dans CO, les 2s et 2p de l'oxygène sont sous ceux du carbone, et ses 10 électrons de valence (autant que N₂) donnent un indice de liaison de 3. Dans HF, l'orbitale 1s de l'hydrogène se combine avec une orbitale 2p du fluor pour former une paire σ et σ*, tandis que la 2s et les deux autres 2p du fluor restent non liantes : indice de liaison 1.
Quelle différence entre un diagramme OM et une structure de Lewis ?
La structure de Lewis représente les liaisons comme des doublets partagés entre deux atomes ; le diagramme OM répartit les électrons sur des orbitales de toute la molécule, classées par énergie. Les deux donnent en général le même indice de liaison, mais seul le diagramme OM montre des électrons célibataires comme ceux de O₂ ou un indice fractionnaire comme le 2,5 de NO. Le générateur de structures de Lewis de ce site dessine l'autre représentation.
Un diagramme OM est-il la même chose qu'un diagramme d'orbitales ?
Non : le diagramme d'orbitales (en cases quantiques) montre la configuration électronique d'un seul atome ; le diagramme OM montre comment se combinent les orbitales de deux atomes. Les cases quantiques représentent 1s, 2s, 2p, etc. avec au plus deux flèches chacune ; le diagramme OM en place deux dans les colonnes extérieures et les orbitales moléculaires entre elles. Vous pouvez demander l'un ou l'autre.
Peut-on faire des diagrammes OM de molécules à plus de deux atomes ?
Oui, sous forme qualitative : le système π du benzène, les orbitales de l'eau, un écart HOMO-LUMO. Les niveaux sont dessinés dans l'ordre des manuels, pas à des énergies calculées ; si vous avez des valeurs issues d'un logiciel de chimie quantique, indiquez-les dans la demande et le diagramme suivra vos chiffres.
En quoi est-ce différent d'un générateur d'images IA classique ?
La consigne disciplinaire est intégrée. Chaque rendu doit suivre le dessin des manuels : énergie vers le haut, σ2p sous π2p pour O₂ et F₂ mais au-dessus de Li₂ à N₂, orbitales de même énergie remplies une à une avant appariement, chaque orbitale nommée exactement σ, σ*, π ou π*. Vérifiez le diagramme par rapport à votre programme avant d'imprimer ; le canevas permet de corriger chaque annotation sur place.
Puis-je utiliser les diagrammes pour l'école, l'enseignement ou une publication ?
Oui, les diagrammes que vous générez vous appartiennent et s'utilisent dans des fiches, des présentations, des polycopiés, des mémoires et des articles. Export en matriciel haute résolution jusqu'à 4K selon le modèle.
Puis-je modifier les annotations après la génération ?
Oui. Le résultat s'ouvre dans un espace canvas qui reconnaît les annotations du diagramme : vous pouvez modifier ou traduire le texte, déplacer les traits, redessiner une zone ou changer les couleurs sans régénérer toute la figure.
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