15.3.1 La liaison covalente
Un atome, dont la couche externe n’est pas saturée, ne peut exister seul. Il va subir des transformations afin de saturer sa couche externe; entre autres transformations, cet atome peut s’associer à un autre atome.
Dans tous les cas, ce sont toujours les électrons de la couche externe qui interviennent et dans cette couche particulièrement, les électrons célibataires.
Ainsi, un électron célibataire d’un atome A va pouvoir < s’associer > avec un électron célibataire d’un atome B pour former une liaison chimique entre ces atomes; une telle liaison porte le nom de liaison covalente (ou liaison de covalence).

Définition.

Une liaison covalente entre deux atomes résulte de la mise en commun de deux électrons célibataires pour former un doublet d’électrons.

Remarque.

• Le trait représente le doublet qui assure la liaison entre A et B.
• Le doublet formé par la mise en commun de deux électrons célibataires est appelé doublet liant (ou doublet de liaison) par opposition au doublet non-liants pouvant exister sur la couche externe d’un atome.
• Un atome peut former autant de liaisons covalentes qu’il possède d’électrons célibataires sur sa couche externe.
• Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est appelé valence de cet atome. On en déduit que la valence d’un atome est égale au nombre d’électrons célibataires de sa couche périphérique. De la représentation de Lewis d’un atome, nous déduisons sa valence.

On dit que l’hydrogène (H) est monovalent, l’oxygène (O) est divalent; l’azote (N) est trivalent et le carbone(C) est tétravalent.

15.3.2 Définition de la molécule

On appelle molécule tout édifice, électriquement neutre, formés d’atomes liés entre eux par des liaisons covalentes. L’atomicité d’une molécule est le nombre d’atomes
qu’elle renferme.

 15.3.3 Représentation d’une molécule formule brute
La formule brute d’une molécule s’obtient en juxtaposant les symboles des éléments constituant la molécule. On indique en bas et à droite de chaque symbole
le nombre d’atomes de l’élément dans la molécule. Le nombre 1 n’est pas écrit.

Exemples.
La formule H₂ signifie que la molécule de dihydrogène contient 2 atomes d’hydrogène.
La formule brute de l’eau est H₂O car la molécule d’eau contient 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.
La molécule d’éthanol contient 2 atomes de carbone, 6 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.
La formule brute d’éthanol s’écrit alors C₂H₆O.
La formule brute est donc une formule de composition. Elle ne montre pas comment les atomes sont liés entre eux.

Représentation de Lewis
La représentation de la molécule avec les doublets non-liants de chaque atome et les doublets liants est le schéma de Lewis de la molécule.

Formule développée
La formule développée résulte de la représentation de Lewis simplifiée où on ne représente que les doublets de liaison.

15.3.4 Structure géométrique d’une molécule
La stéréochimie est la partie de la chimie qui traite de la structure géométrique des molécules. Pour représenter la structure géométrique d’une molécule, on utilise des modèles moléculaires. Il en existe  deux types : modèle éclaté et modèle compact.

Modèle éclaté

Des petites boules représentent les centres des atomes. Les tiges reliant les boules symbolisent les liaisons. Leurs longueurs sont proportionnelles à celles des liaisons.

Modèle compact

Les boules, plus grosses que dans le cas du modèle éclaté, représentent les atomes. Leurs rayons sont proportionnels à ceux des atomes.

15.3.5 Formule et structure géométrique de quelques molécules

Molécule de dihydrogène
L’atome d’hydrogène, dont la couche externe n’est pas saturée, ne peut exister seul. Il s’associe à un autre atome d’hydrogène par liaison covalente, de sorte que tout se passe comme si chaque atome possédait 2 électrons, donc avait sa couche externe saturée.

Le doublet de liaison subit l’influence de deux noyaux, comme l’indique le nuage électronique de la figure ci-dessus

La représentation de Lewis de la molécule se déduit de celles des atomes :

Molécule de dichlore

;

Molécule de chlorure d’hydrogène

Diatomique, cette molécule est formée d’un atome d’hydrogène et d’un atome de chlore; d’où sa formule     HCl
Etablissons la représentation de Lewis et la formule développée de cette molécule :

Les modèles moléculaires sont les suivantes :

Malgré le caractère covalent de la liaison, le nuage électronique de la molécule est beaucoup plus dense au voisinage de l’atome de chlore qu’au voisinage de l’atome d’hydrogène. Ceci est dû au fait que l’atome de chlore à une forte tendance à attirer les électrons. (On dit que l’atome de chlore est électropositif).
Donc au point de vue électrique, la molécule HCl est assimilable à un ensemble de deux charges : l’une négative centrée sur l’atome Cl et l’autre positive centrée sur l’atome H.
Donc, la molécule HCl, bien que neutre possède une extrémité positive et une extrémité négative. On dit que la molécule HCl est polaire.

Molécule de dioxygène
Formée de deux atomes d’oxygène, la molécule de dioxygène a pour formule brute

O₂

Pour satisfaire à la règle de l’octet, chaque atome O met ses deux électrons célibataires en commun avec l’autre atome O. Ces quatre électrons mis en commun constituent 2 doublets liants assurant ainsi une liaison covalente double ou plus simplement une double liaison.

Molécule d’eau
Formée de 2 atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène, la molécule d’eau a pour formule brute

H₂O

L’atome d’oxygène disposant de 2 électrons célibataires, engage une liaison covalente avec chacun des atomes d’hydrogène :

Le modèle moléculaire montre que la molécule H2O est triangulaire, les centres des 3 atomes étant situés au sommet d’un triangle isocèle.
Cette molécule est polaire; elle présente un côté positif, celui des atomes H et un côté négatif, celui de l’atome O.
Cette polarité explique les qualités d’excellent solvant des solides ioniques qu’est l’eau.

Molécule de diazote

Formée de deux atomes d’azote (N), la molécule de diazote a pour formule brute

N₂

Chaque atome d’azote a 5 électrons périphériques dont 1 doublet et 3 électrons célibataires. Pour satisfaire à la règle de l’octet, chaque atome N met ses trois électrons célibataires en commun avec l’autre atome. Ces six électrons mis en commun constituent 3 doublets liants assurant ainsi une liaison covalente triple ou simplement une triple liaison

Molécule d’ammoniac

La formule brute de l’ammoniac est NH₃
L’atome d’azote qui a trois électrons célibataires, établit 1 liaison covalente avec chacun des 3 atomes d’hydrogène :

La molécule d’ammoniac a la forme d’une pyramide régulière à base triangulaire et très aplatie. L’atome d’azote occupe le sommet de la pyramide et les atomes d’hydrogène occupent les sommets du triangle équilatéral constituant la base.

Comme les molécules HCl et H₂O, la molécule d’ammoniac est polaire.

La molécule de dioxyde de carbone

Cette molécule est formée d’un atome de carbone et de 2 atomes d’oxygène; d’où sa formule brute

CO₂

Pour satisfaire la règle de l’octet, l’atome de carbone, possédant 4 électrons célibataires, établit une double liaison avec chacun des atomes d’oxygène.

La molécule CO₂ est linéaire, car les centres des 3 atomes sont alignés, comme le montrent les modèles