Guide d`utilisation

DOMINO II
GUIDE D'UTILISATION
Structure de Lewis II
Visualisation tridimensionnelle à l’aide des diagrammes de Lewis
Pour Mac OS et Windows
Conception pédagogique
Serge Bazinet
Conception informatique
Micro-Intel inc.
Centre collégial de développement
de matériel didactique
Cégep de Maisonneuve
1
Structure de Lewis II est une production du Collège de Maisonneuve, avec le soutien technique du Centre
collégial de développement de matériel didactique (CCDMD) et le soutien financier du ministère de
l’Éducation du Québec. Ce produit a été réalisé avec le système de développement PRISME™, par
Micro-Intel inc.
Conception pédagogique
Serge Bazinet
Conception informatique
Micro-Intel inc.
Responsables du projet
Réjean Jobin, CCDMD
Validation informatique
Sylvain Gagnon, CCDMD
Révision linguistique
Hélène Larue
Graphisme et infographie
Christine Blais
Auteurs du système de développement PRISME™
Anne Bergeron
Renaud Nadeau
Guillaume Cartier
Ernest Yale
Martin Longpré
Houman Zolfaghari
Droits de reproduction
Toute reproduction de ce logiciel et de sa documentation est interdite sans le consentement écrit du
CCDMD. Cette autorisation est accordée exclusivement aux établissements qui ont obtenu un exemplaire
du présent document auprès du CCDMD ou auprès d’un de ses représentants.
Avis à l’utilisateur
Le logiciel inclus avec ce produit a été testé et fonctionne correctement. Le CCDMD se dégage de toute
responsabilité quant à d’éventuels dommages pouvant résulter de l’utilisation des données comprises
dans les bases de données numériques ou graphiques, de même que de l’utilisation correcte ou erronée
d’une partie du logiciel.
Le présent guide est un document qui rassemble toutes les informations vous permettant de connaître la
nature du didacticiel, ses objectifs pédagogiques, ses limites, la façon de le mettre en marche et son
utilité dans le cadre du cours Chimie générale 101. Il est conseillé de commencer par l’exemple de
déroulement et d’avoir recours à l’Aide, au besoin. Pour faciliter la lecture et éviter d’alourdir le texte,
nous avons choisi la forme masculine comme générique.
Structure de Lewis II, pour Mac OS et Windows
GUIDE D'UTILISATION, tous droits réservés au Canada
© Centre collégial de développement de matériel didactique, 1998
ISBN 2-89470-065-2
Dépôt légal : Bibliothèque nationale du Québec, 1998
Bibliothèque nationale du Canada, 1998
Table des matières
Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2 Environnements technique et physique nécessaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
3 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3.1 Objectifs généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3.2 Objectifs particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
4 Intégration du didacticiel à la situation d’apprentissage . . . . . . . . . . . . . . .10
4.1 Préalables à l’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
4.2 Suggestions pour l’utilisation pédagogique du didacticiel . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
4.3 Suggestions pour l’utilisation générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
5 Support théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
5.1 Modèles théoriques sous-jacents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
5.2 Réalisation d’un exercice complet : six étapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
5.3 Ensemble des règles à respecter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
6 Limites du logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
7 Exemple de déroulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.1 Mise en marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.2 Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.3 Chargement de la base de connaissances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
7.4 Choix ou écriture d’une formule chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
7.5 Écriture des configurations électroniques à l’état fondamental . . . . . . . . . . . . . .19
7.6 Construction du diagramme de Lewis de votre formule . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
7.7 Distribution des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
7.8 Liaison entre deux atomes, deux ions ou un atome et un ion . . . . . . . . . . . . . . .23
7.9 Désunion de deux électrons, de deux atomes, de deux ions ou
d’un ion et d’un atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
7.10 Analyse détaillée du diagramme de Lewis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
7.11 Observation de la structure tridimensionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
7.12 Impression d’un rapport de l’activité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
7.13 Sauvegarde de la base de connaissances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
7.14 Sauvegarde du rapport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
8 Groupes visés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
9 Principaux boutons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
10 Médiagraphie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
Présentation
4
Présentation
Environnement minimal
Ce didacticiel peut être utilisé sur un ordinateur Macintosh ou Power Macintosh,
un IBM ou un compatible ayant une capacité de 8 Mo de mémoire. L’ordinateur
doit être équipé d’un lecteur de CD-ROM, d’un écran couleur 13 po pouvant
accepter 256 couleurs et, si possible, être relié à une imprimante.
Ce logiciel peut fonctionner sur un réseau rapide. Il suffit d’y copier le dossier
Structure de Lewis II. Toutefois, sur un réseau lent, il est conseillé de copier le
dossier Structure de Lewis II sur le disque dur du poste de travail.
Contenu du didacticiel
Le présent guide d’utilisation.
Le didacticiel Structure de Lewis II, livré sur CD-ROM.
Vérification du contenu
Nous vous conseillons de vérifier immédiatement la qualité du CD-ROM. Nous
remplacerons tout élément du didacticiel qui serait défectueux, endommagé ou
inutilisable, à condition que vous nous avisiez dans un délai de trente jours de la
date d’expédition.
En cas de difficulté
Si vous avez de la difficulté à charger ou à utiliser le programme, téléphonez au
Centre collégial de développement de matériel didactique (CCDMD) au (514)
873-7823, et nous vous aiderons à résoudre votre problème.
Remerciements
5
Remerciements
Je tiens à remercier tous mes collègues du Département de chimie du Collège de
Maisonneuve pour leurs judicieux conseils et plus particulièrement Bernard
Côté, qui a effectué une première révision linguistique.
Je veux également souligner le travail de mon épouse Diane qui a vérifié tous les
textes d'accompagnement et celui de ma fille Marie-Line qui a procédé a l’essai
du logiciel.
Introduction
1
6
Introduction
Le didacticiel Structure de Lewis II est un exercice interactif portant sur la
liaison chimique covalente. Tout en guidant l’étudiant, le didacticiel lui fournit
une rétroaction immédiate et personnelle. Il élimine le temps consacré à faire
vérifier ses hypothèses par une personne-ressource et permet d’investir ce temps
dans l’étude d’autres cas; il favorise ainsi l’habileté à écrire des diagrammes de
Lewis. De plus, l’impression du rapport d’activité permet de conserver l’image
de la structure tridimensionnelle de la substance avec laquelle on a travaillé.
Enfin par l’intermédiaire du bloc-notes, il est possible de modifier la
présentation du rapport puis de l’enregistrer.
En outre, le logiciel permet de sauvegarder les configurations électroniques des
atomes à l’état fondamental qui ont fait l’objet de la séance de travail. Autre
aspect important : une fonction d’Aide générale est disponible en tout temps
pour les questions d’ordre théorique ou technique. Des messages appropriés sont
communiqués à l'utilisateur en cas d’erreur.
Ce didacticiel tire son nom de la possibilité de voir les structures
tridimensionnelles des molécules ou des ions polyatomiques dont on a d’abord
construit les diagrammes de Lewis. Au cours d’une séance de travail, on peut
effectuer les opérations qui sont résumées dans le schéma de la page suivante :
Introduction
Schéma de
l'interface
utilisateur
Choix ou écriture
de la formule
Une nouvelle formule peut être
choisie à tout moment
L'atome doit être un non-métal, le béryllium, le
germanium, l'étain, l'antimoine, le bismuth ou le
polonium.
Écriture de la configuration électronique
(à l'état fondamental) d'un atome
Sélection d'un
atome dans le
tableau périodique
Unir
Désunir
État fondamental
Exciter
Ajouter électron
Enlever électron
Grille des cases
quantiques
Étape accessible lorsque toutes les configurations
électroniques sont écrites correctement.
Construction du
diagramme de Lewis
Étape accessible lorsqu'un diagramme de Lewis
est conforme à la formule.
Analyse du
diagramme de Lewis
Imprimer
Imprimer
Visualisation de la
structure 3-D
Visualisation du
rapport de l'activité
Dénombrement des électrons
Dénombrement des liaisons
Angle de liaison
Analyse de la structure
Rotation
Exporter
7
Environnements technique et physique nécessaires
2
Environnements technique et physique
nécessaires
L’étudiant doit s’assurer de la disponibilité d’un ordinateur et du CD-ROM
Structure de Lewis II; de plus, il doit se renseigner au sujet des modalités
d’utilisation propres à son établissement (lieu, accès au réseau ou réservation).
L’enseignant doit disposer du nombre de micro-ordinateurs et de
l’environnement physique nécessaires pour l’utilisation du didacticiel selon le
type d’applications pédagogiques qu’il désire réaliser. Il serait souhaitable qu’il
dispose d’un local équipé d’un nombre d’ordinateurs suffisant pour accueillir
toute la classe au moment de la séance d’introduction ou des séances de travail
en groupe.
8
Objectifs
3
9
Objectifs
3.1 Objectifs généraux
Les objectifs généraux consistent à :
• élaborer un algorithme efficace dans la construction des diagrammes de Lewis
de molécules ou d’ions polyatomiques;
• déduire, d’après les diagrammes de Lewis des molécules ou des ions
polyatomiques, les caractéristiques géométriques, les différentes liaisons
covalentes et la polarité des molécules ou ions étudiés;
• visualiser la structure tridimensionnelle de la molécule étudiée ou de l’ion
polyatomique étudié.
3.2 Objectifs particuliers
À partir de la formule brute ou semi-développée d’une molécule ou d’un ion
polyatomique choisie dans une banque interne ou que vous proposez
vous-même, vous devrez :
• écrire la configuration électronique des électrons de valence des atomes à l’état
fondamental;
• distribuer, dans le cas d’un ion polyatomique, les charges électriques sur les
atomes en fonction de leur électronégativité;
• exciter, s’il y a lieu, certains atomes ou certains ions;
• construire un diagramme de Lewis conforme à la molécule ou à l’ion
polyatomique;
• calculer, pour chacun des atomes ou des ions, le nombre de :
• doublets électroniques libres,
• doublets électroniques liants,
• paquets d’électrons;
• nommer la géométrie des paquets d’électrons entourant un atome ou un ion;
• identifier le type de liaison covalente;
• évaluer l’angle de liaison entre trois atomes présélectionnés;
• nommer la géométrie de la molécule ou de l’ion polyatomique dans les cas où
il n’y a qu’un atome central;
• prédire si la molécule sera polaire ou non polaire.
• dessiner la molécule ou l’ion polyatomique en illustrant autant que possible
son aspect tridimensionnel.
Intégration du didacticiel à la situation d'apprentissage
4
10
Intégration du didacticiel à la situation
d’apprentissage
4.1 Suggestions pour l’enseignant
En accès libre
L’enseignant mentionne à la classe l’existence du logiciel et du guide
d’utilisation; il explique les modalités d’utilisation propres à son établissement.
Il peut demander aux étudiants d’imprimer un rapport d’activité sur la
construction d’une molécule donnée.
En classe
L’enseignant fait une démonstration dans un local muni d’un moniteur ou d’un
acétate électronique.
Au laboratoire
L'enseignant donne un enseignement individualisé. Dans ce cas particulier, il
utilise une ou deux périodes pour un groupe classe de vingt étudiants.
L’établissement doit posséder un laboratoire de micro-ordinateurs et l’enseignant
doit réserver le local. On conseille de disposer d’un appareil par personne, mais
le travail en équipe de deux étudiants est bien apprécié par ces derniers.
4.2 Préalables à l’utilisation du didacticiel
Pour utiliser efficacement le logiciel, vous devez, en plus de répondre aux
exigences de base du cours Chimie générale 101 :
• savoir écrire la configuration électronique des atomes à l’état fondamental ou
découvrir les différentes règles par plusieurs essais;
• avoir suivi le cours ou lu la théorie portant sur la liaison covalente.
Les connaissances théoriques incluses dans le logiciel sont élémentaires, mais
suffisantes pour les initiés.
L’utilisation du didacticiel ne nécessite aucune expérience en informatique. De
l’aide technique est accessible en tout temps en cliquant sur le bouton Aide; de
plus, un exemple de déroulement complet est fourni dans le présent guide.
Intégration du didacticiel à la situation d'apprentissage
11
4.3 Suggestions pour l’utilisation générale
L’assimilation des différentes notions sur la liaison covalente s’effectue en
exécutant le plus grand nombre d’essais possible et en rédigeant un rapport des
plus complets sur chacune des formules chimiques choisies. Ce rapport
comprend l’analyse d’un diagramme de Lewis selon les étapes suivantes :
• le dénombrement des électrons autour de chacun des atomes ou des ions
contenus dans la formule;
• le dénombrement des liaisons dans la formule;
• l’évaluation approximative de l’angle entre trois atomes consécutifs;
• la prédiction de la polarité et de la géométrie de certaines formules;
• l’autocorrection par comparaison avec les réponses trouvées par le système.
Minimalement, il convient de choisir une formule de chacun des cas qui
apparaissent au tableau ci-dessous. La difficulté croît en passant du cas 1 au
cas 4.
Tableau de formules selon la difficulté
Cas 1
Cas 2
Cas 3
Cas 4
F2
HCl
SF
GeH2
OFCl
TeCl4
H2S
XeF2
BF3
SbH5
BH3
SeH2
S22NH2TeCl3BrCl4+
HSBr5BrF2+
Cl3 IF6+
SF3 O22Br3 -
H2SO4
N2O5
POCl3
SO3
N2O
CH3NO2
PO43IO4HClO3
HPO42SO2
(SO3)3
NO2C6H8
NCCHO
C4N2H6
S8
NH2CN
C5NH7
P2O5
C6H6
CH2CH2CH2OH
NCCOOH
CH2CH2CHCOOH
Cas 1 : formule sans contrainte d’une molécule simple ou n’ayant qu’un atome
central
Cas 2 : formule sans contrainte d’un ion simple ou n’ayant qu’un atome central
Cas 3 : formule avec contrainte (liaison de coordinence, cycle, etc.) d’une
molécule ou d’un ion simple ou n’ayant qu’un atome central
Cas 4 : formule d’une molécule ou d’un ion plus complexe
Support théorique
5
12
Support théorique
5.1 Modèles théoriques sous-jacents
Les diagrammes de Lewis représentent symboliquement les électrons de valence,
c’est-à-dire les électrons les plus éloignés du noyau; de ce fait, ces électrons
subissent moins l’emprise du noyau et sont plus aptes à se lier à d’autres atomes.
Selon leurs propriétés, les atomes s’unissent différemment. Seule la liaison
covalente est abordée dans le logiciel et ce, par le biais de la théorie des
électrons localisés. Cette théorie se veut simple et applicable même à des
molécules complexes; elle permet de prédire une grande variété de données sur
la composition de la molécule ou de l’ion polyatomique.
Toujours selon cette théorie, les atomes d’une molécule sont retenus ensemble
par le partage de doublets électroniques issus des orbitales des atomes liés.
Ainsi, les doublets électroniques sont situés soit dans le voisinage immédiat d’un
atome donné, soit dans l’espace qui sépare deux atomes. On nomme «doublets
libres» les paires d’électrons appartenant à un seul atome, «doublets liants» ceux
qui se partagent entre les atomes; on définit également un «paquet d’électrons»
comme étant un doublet libre ou l’ensemble des doublets liants entre deux
atomes.
5.2 Réalisation d’un exercice complet : six étapes
1- Choix ou écriture d’une formule chimique
2- Écriture de la configuration électronique à l’état fondamental des atomes
contenus dans la formule
3- Construction du diagramme de Lewis de la molécule ou de l’ion polyatomique
À partir des configurations électroniques des électrons de valence des atomes à
l’état fondamental on obtient les diagrammes de Lewis des différents atomes.
Dans le cas d’un ion, les charges sont distribuées sur certains atomes selon
l’électronégativité de ces derniers.
Les atomes ou les ions sont alors unis en respectant des règles précises
(consulter l’Aide du didacticiel).
4- Analyse du diagramme de Lewis de la molécule ou de l’ion polyatomique
Prédiction des caractéristiques géométriques
Plusieurs propriétés chimiques et physiques peuvent être expliquées par la
structure moléculaire; cette dernière est déterminée par différentes méthodes
variant autant par leur précision que par leur complexité (hybridation, VSEPR,
etc.). Dans notre cas, nous n’avons besoin que d’une prédiction approximative
de la structure tridimensionnelle; nous utilisons donc la théorie de la répulsion
des paires d’électrons de valence. Cette théorie postule que l’agencement des
doublets électroniques provoque le moins de répulsion possible. Dès lors, la
position relative des atomes peut être déterminée et on obtient de ce fait la
géométrie des paires d’électrons de chacun des atomes ou des ions et, dans
Support théorique
certains cas, la géométrie de la molécule ou de l’ion polyatomique. D’après la
théorie de Gillespie, les doublets électroniques n’occupent pas tous le même
espace. La géométrie nous permet de déduire les valeurs approximatives des
angles de liaison et la polarité des molécules.
Description des liaisons
Le partage de doublets électroniques constitue la liaison. Ce partage peut être
d’un, de deux ou de trois doublets électroniques. Un doublet peut même
provenir du même atome. Plusieurs types de liaisons covalentes sont donc
possibles. Nous y reviendrons plus loin.
5- Visualisation de la molécule ou de l’ion polyatomique en trois dimensions
6- Visualisation du rapport de l’activité
5.3 Ensemble des règles à respecter
Consulter l’Aide du didacticiel.
13
Limites du logiciel
6
14
Limites du logiciel
Le logiciel suggère des formules simples (un seul cycle et un maximum de huit
atomes par cycle).
La validation de la formule chimique, lorsqu'elle est écrite par l'usager, se limite
à la vérification de l'écriture du symbole des atomes; une formule impossible
vous entraîne dans un cul-de-sac; la formule écrite par l'usager ne peut être un
cycle ni contenir une contrainte.
Les groupements fonctionnels et les groupements entre les parenthèses ne sont
pas respectés.
Il n’est pas possible d'unir entre eux deux atomes déjà liés à un même troisième
(sauf pour un cycle à trois atomes).
Le nombre maximal d'atomes d'un même élément est de 99. Certaines anomalies
peuvent survenir avec un nombre élevé d’atomes.
Les charges électriques sont distribuées en fonction de l'électronégativité des
éléments.
Il est possible que deux atomes se superposent selon le choix des atomes à lier.
Les atomes d'un même élément ne peuvent s'unir entre eux que s'ils forment un
cycle ou que s'ils constituent des atomes identiques à celui de départ.
Seuls les molécules ou les ions polyatomiques n’ayant qu'un seul atome central
verront leur géométrie porter un nom.
La prédiction de la polarité n’est applicable qu'aux formules n’ayant qu’un
atome central.
La valeur approximative de l’angle de liaison est déterminée selon la théorie de
la RPEV mais la taille des paquets d’électrons et la taille des atomes sont
négligées; il est donc possible que la valeur s’écarte de la valeur trouvée
expérimentalement.
Un atome fait un maximum de sept liaisons (on ne peut pas faire XeF8).
On ne peut faire de liaison triple dans la molécule de CO.
Les ions polyatomiques portent une charge maximale de trois.
Une liste contenant certaines formules non réalisables par le logiciel est incluse
dans le fichier texte «Exceptions».
Exemple de déroulement
7
15
Exemple de déroulement
Il est conseillé de lire le mode de déroulement de quelques étapes à l’avance
avant de manipuler le système.
Le texte en italique s’applique à l’exercice proposé, soit à l’ion HSO4-.
7.1 Mise en marche
Effectuez un double-clic sur l’icône de l’application «Structure de Lewis» si
vous n'avez pas déjà construit une base de connaissances.
Vous pouvez également effectuer un double-clic sur l’icône de votre base, ici
nommé MaBase, qui n’est disponible qu’après l’enregistrement d’une base de
connaissances, soit après une première séance.
De plus, vous pouvez effectuer un double-clic sur l’icône d’Aide.
7.2 Identification
Observez la fenêtre de démarrage. Pour fermer cette fenêtre, il suffit de cliquer
n’importe où à l’intérieur.
Exemple de déroulement
Observez maintenant la fenêtre ci-dessous avec ses boutons (Crédits, Aide,
Fichier, Identification, Formule, etc.), qui seront présents au cours de votre
séance de travail.
• Identifiez-vous et inscrivez votre numéro d’équipe, s’il y a lieu.
• Cliquez sur Continuer.
Aide
L’aide est disponible en tout temps.
Passez à l’étape 7.4 dans le cas d’une première séance de travail.
Lorsque vous cliquez sur Aide à un endroit donné du logiciel, ce dernier vous
amène à l’aide associée.
7.3 Chargement de la base de connaissances
Cette base consiste en l’accumulation de données en cours d’exercices sur la
configuration électronique des atomes.
Elle peut être chargée en effectuant un double-clic sur l’icône de votre base de
connaissances avant le chargement du logiciel; le logiciel se chargera
automatiquement par la même occasion.
16
Exemple de déroulement
Passez à l’étape 7.4 dans le cas d’une première séance ou dans le cas où vous
n’auriez pas sauvegardé votre base de connaissances à votre dernière visite.
Sélectionnez «Charger une base...» au menu Fichier ou utilisez l’équivalent
clavier .
Cherchez votre base de connaissances.
Choisissez le lecteur désiré en cliquant sur Bureau.
Insérez, s’il y a lieu, la disquette contenant votre base de connaissances après
avoir cliqué sur Éjecter.
Sélectionnez dans la fenêtre le nom de votre base de connaissances. Vous
pouvez également effectuer un double-clic sur le nom de votre base de
connaissances et passer à l’étape 7.4.
Cliquez ou double-cliquez sur Mabase.
Cliquez sur Ouvrir.
17
Exemple de déroulement
18
7.4 Choix ou écriture d’une formule chimique
Cliquez sur Formule, s'il y a lieu.
Observez la fenêtre ci-dessous.
Choisissez l’une des deux possibilités (soit l’étape A, soit l’étape B) :
sélectionnez ou écrivez une formule.
A) Choisissez une formule.
1. Choisissez le type de formule. Cliquez dans le cercle qui indique le type
de formule désiré.
Cliquez sur «espèce avec contrainte».
2. Trouvez la formule de votre choix dans la liste. Vous pouvez parcourir la
liste des formules à l'aide de la barre de déroulement. Sélectionnez une
formule.
Cliquez sur HSO4-.
La formule choisie s'inscrit dans le rectangle prévu à cette fin. Dans
certains cas, la formule est accompagnée d'une contrainte que vous devez
respecter.
La contrainte «2 liaisons de coordinence S-O» apparaît.
3. Passez à l’étape suivante.
Exemple de déroulement
B) Écrivez une formule.
1. Placez à l'aide de la souris, et s'il y a lieu, le curseur dans le rectangle
prévu à cette fin (en cliquant dans le rectangle).
2. Écrivez la formule de votre choix.
• Respectez les règles d’écriture : Les symboles, les indices et les
charges s’obtiennent en cliquant dans les cercles associés.
• Respectez les règles de la nomenclature.
Les symboles H, S et O sont en majuscules.
Cliquez sur Symbole.
Écrivez HSO.
Cliquez sur Indice
Écrivez 4.
Cliquez sur Charge.
Écrivez -.
Vous obtenez HSO4 -.
• Une formule erronée (CH 5 par exemple) vous conduirait dans
un cul-de-sac.
Cliquez sur Configuration électronique pour confirmer votre choix et quitter
cette fenêtre.
Cliquez sur Configuration électronique.
7.5 Écriture des configurations électroniques à l’état fondamental
Cliquez sur Configuration électronique, s’il y a lieu.
Observez le tableau périodique avec des cases noircies pour les éléments
contenus dans votre formule.
19
Exemple de déroulement
20
A) Choisissez la propriété désirée en cliquant sur l’un des cinq boutons au haut
de la fenêtre.
Cliquez sur Électronégativité.
B) Observez, à l'écran, le tableau périodique avec les valeurs d’électronégativité
des éléments.
Écrivez la configuration électronique d’un atome.
A) Cliquez sur l'atome de votre choix dans le tableau périodique.
Cliquez sur O.
B) Observez la grille permettant d’écrire la configuration électronique.
C) Placez, dans les cases quantiques, tous les électrons ou seulement les
électrons de valence.
1. Cliquez dans une case vide pour placer un électron.
2. Cliquez dans une case ayant un électron pour placer un deuxième
électron.
3. Cliquez dans une case ayant deux électrons pour enlever ceux-ci.
D) Cliquez sur Continuer pour confirmer votre choix ou sur Annuler pour quitter
cette fenêtre.
Cliquez sur Continuer.
Exemple de déroulement
21
E) Répétez pour les autres atomes. Toutes les configurations électroniques
doivent être écrites correctement pour qu'on puisse effectuer le diagramme de
Lewis de la formule.
7.6 Construction du diagramme de Lewis de votre formule
Cliquez sur Construction du diagramme, s’il y a lieu.
Observez la fenêtre ci-dessous.
Vous voyez les diagrammes de Lewis des atomes à l'état fondamental de votre
formule; un atome de départ (l'atome central dans plusieurs cas) est isolé.
L’atome S1 est isolé.
Déplacement d'un ou de plusieurs atomes
Cliquez sur un atome, gardez enfoncé le bouton de la souris, déplacez la souris à
l’endroit désiré, puis relâchez le bouton de la souris. Tous les atomes qui seraient
liés à l’atome déplacé l’accompagnent.
Utiliser le S1.
Annulation d’une sélection
Cliquez sur l’atome sélectionné (noirci) ou cliquez dans l’espace vide.
Exemple de déroulement
22
Manipulation sur les atomes ou sur les ions
Vous ne devez sélectionner qu’un seul atome ou ion à la fois pour :
• le désunir;
• lui distribuer une charge.
Vous pouvez sélectionner plusieurs atomes pour :
• les remettre à l’état fondamental;
• les exciter.
Vous ne devez sélectionner que deux atomes ou un atome et un ion pour les unir.
7.7 Distribution des charges
Toutes les charges contenues dans une formule doivent être distribuées sur les
atomes avant toute autre manipulation sur les diagrammes de Lewis des atomes.
Cliquez sur l’atome qui recevra la charge. Vous ne devez choisir qu’un seul
atome; si vous sélectionnez plus d’un atome, il vous faudra annuler la sélection
des autres atomes en cliquant sur ceux-ci.
Cliquez sur O4.
Cliquez sur Ajouter électron ou Enlever électron.
Cliquez sur Ajouter électron.
Observez l’attribution de la charge sur l’atome choisi ainsi que l’addition ou la
soustraction d’un électron.
Exemple de déroulement
Répétez, s’il y a lieu, pour les autres charges.
Ne s’applique pas à notre exemple.
7.8 Liaison entre deux atomes, deux ions ou un atome et un ion
Liez deux électrons célibataires de deux atomes.
A) Cliquez sur un électron célibataire (au centre du motif) de chacun des deux
atomes ou ions à lier.
Cliquez sur un électron célibataire de S 1 et de O 3.
B) Cliquez sur Unir.
C) Observez l’union des atomes.
Liaison de coordinence
Liez un doublet libre d’un atome et un atome capable de le recevoir.
Il faut exciter les O pour effectuer cette étape.
A) Excitation d’un atome ou d'un ion
L’atome ou l’ion ne doit pas être lié.
1. Cliquez sur l'atome ou sur l'ion désiré.
Cliquez sur O 1 et O2.
23
Exemple de déroulement
2. Cliquez sur Exciter.
3. Observez le déplacement des électrons des atomes excités.
Vous pouvez répéter l’excitation d’un même atome plus d’une fois.
Ne s’applique pas à notre exemple.
B) Retour à l'état fondamental d'un atome ou d'un ion monoatomique à l'état
excité
L’atome ou l’ion doit être isolé (non lié).
Ne s’applique pas pour notre exemple. Passez à l’étape C.
1. Cliquez sur l'atome ou sur l'ion désiré.
2. Cliquez sur État fondamental.
3. Observez que l’atome revient à l’état fondamental.
C) Cliquez sur un doublet électronique libre d'un atome ou d’un ion et cliquez
sur le symbole d'un atome ou d’un ion ayant une orbitale vacante sur son
dernier niveau.
Cliquez sur un doublet libre de S1.
Cliquez sur le symbole de O2.
24
Exemple de déroulement
D) Cliquez sur Unir.
Les atomes S 1 et O2 sont unis.
Répétez pour les autres liaisons.
Liez S1 et O1 par coordinence.
Liez S1 et O4-.
Liez O3 et H 1.
Observez un diagramme de Lewis conforme à la formule choisie.
25
Exemple de déroulement
26
7.9 Désunion de deux électrons, de deux atomes, de deux ions ou
d’un ion et d’un atome
Ne s’applique pas à notre exemple. Passez à l’étape 7.10.
Cliquez sur l’électron, sur l'atome ou sur l'ion à désunir. L’électron peut faire
partie d’une liaison double ou triple. L’atome ou l’ion ne doit être lié qu'à un
seul atome, sauf pour les atomes formant un cycle. Vous devez désunir tous les
autres atomes ou ions qui sont unis à lui, sauf l'atome de départ, en commençant
par les atomes ou les ions les plus éloignés.
Cliquez sur Désunir.
Observez que l’électron, l’atome ou l’ion sélectionné est revenu à la position
qu’il occupait au départ.
7.10 Analyse détaillée du diagramme de Lewis
Cliquez sur Analyse du diagramme.
Observez la nouvelle fenêtre qui sera visible pour l’ensemble des fenêtres
associées à l’analyse du diagramme.
Exemple de déroulement
27
Dénombrement des électrons autour d’un atome
A) Sélectionnez l’atome ou l’ion de votre choix dans votre diagramme de Lewis.
Il ne doit y avoir qu’un atome ou qu'un ion sélectionné.
Cliquez sur S 1.
B) Cliquez sur Dénombrement des électrons.
C) Remplissez la fenêtre de la page suivante.
1. Cliquez, s'il y a lieu, dans la case recherchée.
Cliquez dans la case «doublets libres».
2. Écrivez le nombre de doublets libres.
Écrivez 0.
3. Répétez pour les doublets liants et le nombre de paquets. Utilisez TAB
pour passer d’une case à l’autre ou cliquez dans la case.
Écrivez 4 dans chacune des cases.
4. Cliquez dans le rectangle «respecte la règle de l'octet» si c'est le cas.
Cliquez dans le rectangle.
D) Sélectionnez la bonne géométrie. Cliquez dans le cercle correspondant à la
géométrie adéquate.
Sélectionnez «tétraédrique».
Exemple de déroulement
28
E) Cliquez sur Valider pour confirmer votre choix. Les réponses trouvées par le
système apparaissent.
F) Répétez avec les autres atomes (ou ions).
Dénombrement des liaisons entre les atomes ou les ions
A) Cliquez sur Dénombrement des liaisons.
B) Remplissez la fenêtre de la page suivante.
1. Cliquez, s'il y a lieu, dans la case recherchée.
Cliquez dans la case «simple».
2. Écrivez le nombre de liaisons du type demandé.
Écrivez 5.
3. Répétez avec les autres types de liaisons.
Écrivez respectivement 0, 0, 5, 0 et 2.
4. Cliquez sur Valider pour confirmer votre choix. Les réponses trouvées par
le système apparaissent.
Exemple de déroulement 29
Évaluation de l’angle de liaison
A) Sélectionnez trois atomes consécutifs dans votre diagramme de Lewis. Il ne
doit y avoir que trois atomes ou ions sélectionnés.
Cliquez sur O4, S 1 et O2.
B) Cliquez sur Angle de liaison.
Exemple de déroulement
30
C) Précisez la valeur de l'angle de liaison dans la fenêtre ci-dessus.
1. Cherchez la valeur de l'angle. Cliquez dans le cercle correspondant à la
valeur de l’angle.
Cliquez sur la valeur «109».
2. Cliquez sur Valider pour confirmer votre choix. La réponse trouvée par le
système apparaît.
D) Répétez avec d'autres séries de trois atomes (ou ions).
Analyse de la structure de votre molécule ou ion, soit :
• l’évaluation approximative de la polarité des molécules ou des ions
polyatomiques qui vous sont suggérés et de ceux n’ayant qu’un atome ou ion
central;
• la géométrie des espèces n'ayant qu'un atome ou un ion central.
A) Cliquez sur Analyse de la structure.
B) Remplissez la fenêtre ci-dessous.
1. Cliquez dans le cercle correspondant à la polarité de l’espèce.
2. Cliquez dans le cercle correspondant à la géométrie de l’espèce.
3. Cliquez sur Valider pour confirmer votre choix. Les réponses trouvées par
le système apparaissent.
Ne s’applique pas à notre exemple.
Exemple de déroulement 31
Modification du diagramme de Lewis
Cliquez sur Construction du diagramme. Cet article permet de revenir à la
fenêtre «Construction du diagramme» pour modifier votre diagramme de Lewis.
Attention : une modification du diagramme vous oblige à refaire toutes les
étapes qui suivent.
Ne s’applique pas à notre exemple.
7.11 Observation de la structure tridimensionnelle
Cliquez sur Structure 3D.
Observez la fenêtre ci-dessous, qui apparaît après quelques instants.
Faites tourner votre structure tridimensionnelle à l’aide des touches fléchées ou à
l’aide des boutons au bas de la fenêtre.
• Principe de la rotation : c’est l’observateur qui se déplace autour de la structure
o
tridimensionnelle. Ainsi, la rotation selon l’axe vertical est limitée à 180 .
• Observation :
une liaison de coordinence est représentée par un trait en chaîne;
une liaison double est représentée par un trait plus large;
une liaison triple est représentée par un trait encore plus large.
Exemple de déroulement
32
7.12 Impression d’un rapport de l’activité
Cliquez sur Rapport.
Observez la fenêtre «Rapport», qui apparaît après quelques instants.
Cliquez sur Imprimer si vous désirez imprimer le rapport.
Sélectionnez Continuer dans la zone de dialogue qui apparaît.
7.13 Sauvegarde de la base de connaissances
Cette étape permet l’enregistrement des configurations électroniques déjà écrites.
Sélectionnez «Enregistrer la base...» au menu Fichier.
Exemple de déroulement
33
Remplissez la zone de dialogue.
A) Choisissez le lecteur désiré en cliquant sur Bureau. Cliquez sur Lecteur
jusqu’à ce que le nom de votre disquette apparaisse en haut et à la droite dans
la zone de dialogue. Si une autre zone de dialogue apparaît, cliquez sur
Continuer.
B) Insérez, s’il y a lieu, la disquette sur laquelle vous voulez sauvegarder la base
de connaissances après avoir cliqué sur Éjecter.
C) Écrivez le nom de votre base de connaissances.
D) Cliquez sur Enregistrer. Une icône représentant votre base sera créée.
7.14 Sauvegarde du rapport
Cette étape permet l’enregistrement du rapport d’activité. Pour obtenir plus de
renseignements, référez-vous à l’item précédent.
Sélectionnez le rapport.
Sélectionnez «Nouveau bloc-notes» au menu Fichier.
Sélectionnez «Coller» au menu Édition.
Sélectionnez «Enregistrer sous...» au menu Édition.
Remplissez la zone de dialogue. Une icône représentant votre bloc-notes sera
créée.
Groupes visés
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34
Groupes visés
Ce didacticiel s’intègre d’abord au cours Chimie générale 101 (202-101), qui
s’adresse aux étudiants de première année des programmes Sciences de la santé
et Sciences pures et appliquées; ce cours est offert dans l’ensemble des collèges
d’enseignement général et professionnel du Québec.
Les étudiants des cours Chimie organique 202 (202-202) pourraient aussi
l’utiliser comme rappel. De plus, ces étudiants, grâce à leurs acquis, seraient en
mesure de travailler sur des molécules plus complexes. Ils doivent à de
nombreuses occasions se représenter une molécule en trois dimensions, et cette
possibilité leur est justement offerte par le logiciel Structure de Lewis II.
Les étudiants des cours de chimie du secondaire (séries 400 et 500 et cours du
soir) pourraient utiliser le logiciel en partie. Ils aborderaient l’écriture des
configurations électroniques et seraient en mesure de voir les diagrammes de
Lewis des atomes.
De façon générale, les enseignants des cours de chimie peuvent utiliser le
logiciel pour ses caractéristiques de sauvegarde ou d’impression des molécules
ou des ions polyatomiques. Les documents ainsi obtenus pourront être utilisés
ailleurs.
Principaux boutons
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35
Principaux boutons
Le bouton Crédits
Ce bouton affiche le nom des personnes et organismes qui ont participé à la
réalisation du didacticiel.
Le bouton Aide
Ce bouton ouvre une zone de dialogue qui vous permet d’obtenir de l’aide sur
les notions théoriques ou sur les manipulations à effectuer dans le logiciel. Pour
cheminer dans l'Aide, cliquez sur l'item recherché dans la fenêtre supérieure.
Cliquez dans le case de fermeture pour revenir à la fenêtre de travail.
Le bouton Fichier
Nouveau bloc-notes
Ce bouton ouvre une fenêtre qui vous permet de créer un nouveau document
«bloc-notes». Ce bouton n’est disponible que lorsque aucun document n’est
ouvert.
Ouvrir Bloc-notes...
Ce bouton ouvre une zone de dialogue qui permet d’accéder à un document
«Structures de Lewis II» existant.
Principaux boutons
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Charger une base...
Ce bouton ouvre une zone de dialogue similaire à celle qui apparaît au menu
Ouvrir et qui permet d’accéder à une base de connaissances existante. Pour avoir
une telle base, il faut l'avoir enregistrée à la séance précédente.
Enregistrer la base...
Ce bouton copie sur disque la base de connaissances que vous avez acquise au
cours de votre séance de travail avec ce logiciel en remplaçant la version
précédente du même nom. Le bouton est estompé lorsque aucune base de
connaissances n’a été créée.
Le bouton Identification
Ce bouton ouvre une zone de dialogue qui vous permet de vous identifier.
Le bouton Formule
Ce bouton ouvre une zone de dialogue qui vous permet de choisir ou d’écrire
une formule chimique. Pour voir les différentes formules mises à votre
disposition, il faut utiliser la barre de déroulement après avoir choisi le type de
formule.
Le bouton Configuration électronique
Ce bouton ouvre la fenêtre Tableau périodique. Lorsqu’un atome est sélectionné,
la fenêtre Configuration électronique s’ouvre; cette zone de dialogue permet
d’écrire la configuration électronique à l’état fondamental de l’atome
sélectionné.Lorsque la base de connaissances a été chargée et que la
configuration électronique de l’élément choisi a déjà été écrite, celle-ci apparaît.
Le bouton Construction du diagramme
Ce bouton ouvre la fenêtre Construction du diagramme, qui donne accès aux
boutons propres à cette fenêtre.
Unir
Ce bouton sert à unir deux atomes, deux ions ou un ion et un atome (par la suite,
seul le terme d’atome sera employé pour désigné un atome ou un ion). Il est
actif, dans la fenêtre Construction du diagramme, lorsque deux électrons
célibataires de deux atomes ou un doublet d’un atome et un autre atome sont
sélectionnés.
Désunir
Ce bouton sert à désunir deux atomes. Ce bouton est actif, dans la fenêtre
Construction du diagramme, lorsque vous sélectionnez un seul atome qui ne doit
pas être l’atome de départ et qui n’est lié qu’à un autre atome.
État fondamental
Ce bouton remet à l’état fondamental l’atome ou les atomes déjà excités et
sélectionnés. Il est sans effet sur un atome à l’état fondamental. Il est actif dans
la fenêtre Construction du diagramme.
Principaux boutons
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Exciter
Ce bouton permet l’excitation d’un ou de plusieurs atomes ou d’un ou des
atomes déjà excités et sélectionnés. Il permet le saut électronique d’un électron
des orbitales «s» ou «p» vers les orbitales «d» ou de l'orbitale «s» vers les
orbitales «p»; dans le cas de l’oxygène, l’excitation permet l’obtention d’une
orbitale «2p» vacante. Il est actif, dans la fenêtre Construction du diagramme,
lorsqu’un atome est sélectionné.
Ajouter électron
Ce bouton permet d’ajouter, un à la fois, les électrons sur l’atome sélectionné.
Aucun autre bouton n’est disponible avant que la distribution des charges ne soit
terminée. Lorsque toutes les charges ont été distribuées ou s’il s’agit d’une
molécule, le bouton n’est plus disponible.
Enlever électron
Ce bouton permet d’enlever, un à la fois, les électrons sur l’atome sélectionné.
Aucun autre bouton n’est disponible avant que la distribution des charges ne soit
terminée. Lorsque toutes les charges ont été distribuées ou s’il s’agit d’une
molécule, le bouton n’est plus disponible.
Le bouton Analyse du diagramme
Ce bouton permet de vérifier votre diagramme de Lewis en conformité avec les
différentes règles à respecter et la formule choisie, puis donne accès à une
fenêtre possédant quatre boutons.
Dénombrement des électrons
Ce bouton ouvre la zone de dialogue Dénombrement des électrons.
Dénombrement des liaisons
Ce bouton ouvre la zone de dialogue Dénombrement des liaisons.
Angle de liaison
Ce bouton ouvre la zone de dialogue Angle de liaison.
Analyse de la géométrie de la molécule ou de l'ion
Ce bouton ouvre la zone de dialogue Analyse de la structure.
Le bouton Rapport
Ce bouton ouvre la fenêtre Rapport; le rapport contient toutes les réponses que
vous avez écrites dans les différentes zones de dialogue associées à la fenêtre
Analyse du diagramme ainsi que les réponses déterminées par le logiciel.Vous
pouvez copier ce rapport dans un autre document ou l’imprimer.
Le bouton Structure 3D
Ce bouton ouvre la fenêtre Structure 3D. Il est actif lorsqu’un diagramme de
Lewis conforme à la formule choisie est réussi.Vous pouvez imprimer cette
fenêtre.
Médiagraphie
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Médiagraphie
ATTAQUIONS, Peter Chimie générale, texte français de Pierre Archirel,
Gilberte Chambaud, Nelly Diên et Sylvette Gaillard, Montréal, Décarie, 1992.
BARRETTE André. Chimie générale, Une approche structurée, Montréal,
Éditions Études Vivantes, 1993.
CHÉNARD, Laurent et Réal CANTIN. Chimie raisonnée, Montréal, ERPI,
1989,atelier 5.
COTNAM, Jean-Charles et René GENDRON. Traité de chimie générale,
Boucherville, Griffon d’argile,1986, chapitre 8.
EID, Henri. La chimie par le concret, tome 2, Montréal, Lidec, 1987, chapitre 8.
ROIGT, Hubert. Chimie sur mesure 4, Les non-métaux, Trois-Rivières, Delphin,
1984.
TOURNIER, Michèle. Chimie 2, Structure de l’atome et périodicité, Montréal,
CEC, 1986, pages 43 à 69.
TOURNIER, Michèle. Chimie 3, Liaison chimique, Montréal, CEC, 1986, pages
26 à 59.
ZUMDAHL, Steven S. Chimie, chimie générale, Montréal, CEC, 1988,
chapitres sept et huit.