Liaisons chimiques

Les liaisons chimiques rassemblent les atomes dans des interactions étroites et plus ou moins stables. La formation et la rupture des liaisons lors des réactions chimiques construisent et transforment les substances. Cela se produit en permanence dans toutes les cellules vivantes et permet la génération de grosses molécules et de structures organiques complexes.

Dans cette section, nous allons aborder les différents types de liaisons chimiques et d'autres types d'interactions.

Liaisons covalentes

L'interaction la plus forte et la plus stable entre deux atomes est la liaison covalente. Pour remplir leur couche de valence et atteindre un état plus stable, deux atomes peuvent partager des paires d'électrons et former ainsi une liaison covalente forte.

Dans l'exemple illustré, deux atomes d'hydrogène forment une liaison en partageant chacun leur seul électron. Comme l'hydrogène ne possède qu'une seule couche électronique, qui peut contenir jusqu'à deux électrons, les deux atomes remplissent ainsi leur couche de valence. L'hydrogène pur n'existe normalement que sous la forme "H₂".

En biologie, les liaisons entre l'hydrogène et le carbone sont omniprésentes. En général, seuls les électrons de valence participent à la formation des liaisons ; le carbone en possède quatre dans sa couche externe. Cette couche peut contenir jusqu'à huit électrons, il lui en faut donc quatre autres pour atteindre sa configuration la plus stable. Outre les liaisons simples, les atomes peuvent aussi former des liaisons multiples, par exemple doubles ou triples. La partie droite de l'image montre la représentation la plus courante des structures chimiques, où les liaisons sont indiquées par des traits entre les symboles des éléments.

Formule topologique

Les liaisons entre l'hydrogène et le carbone étant très courantes dans les composés organiques, nous utilisons souvent une méthode simplifiée pour représenter les structures des molécules. Seules les liaisons que le carbone forme avec les autres atomes, à l'exception de l'hydrogène, sont dessinées, tandis que les atomes de carbone sont implicites aux angles et aux extrémités libres. Les liaisons avec l'hydrogène sont complètement omises, car le nombre d'hydrogènes peut être déduit du nombre de liaisons qu'un atome de carbone forme avec d'autres atomes.

Valences typiques

Pour un biologiste, la chose la plus utile à savoir sur les liaisons covalentes est le nombre typique de liaisons que chacun des six éléments les plus importants sur le plan biologique forme au sein des molécules. Ce nombre est appelé "valence" car il est directement lié au nombre d'électrons dans la couche de valence d'un atome qui est nécessaire pour obtenir une configuration stable.

Liaisons ioniques

Dans l'interaction électronique entre les atomes de certains éléments, comme le sodium (Na) et le chlore (Cl), l'attraction d'un atome en raison de son "électronégativité" élevée, le Cl dans ce cas, est si forte qu'il ne partagera pas l'unique électron de valence de son partenaire, mais s'en emparera carrément. Il en résulte la transformation des atomes en ions chargés qui sont maintenus ensemble par attraction électrique. Cette interaction, appelée liaison ionique, est relativement faible, avec environ 1/10 de la force d'une liaison covalente.

Liaisons hydrogène

Dans certains cas, l'attraction électronique de deux atomes différents ("électronégativité") est très inégale, mais pas suffisante pour un transfert complet d'électrons. Cela conduit à une polarité au sein de la molécule due à une charge partielle (∂⁺/∂⁻), par exemple dans les molécules d'eau. Les parties de différentes molécules (contenant de l'hydrogène) ayant des charges partielles opposées peuvent former ce que l'on appelle des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène sont relativement faibles, comme les liaisons ioniques.

Dans la section suivante, nous verrons comment les interactions changent dans les réactions chimiques.