Liaisons ioniques vs liaisons covalentes : quelle est la différence ?

La différence clé entre les liaisons ioniques et covalentes réside dans ce qui arrive aux électrons. Dans une liaison ionique, un atome (généralement un métal) donne des électrons à un autre (généralement un non-métal), et les ions de charges opposées qui en résultent s'attirent. Dans une liaison covalente, deux atomes non métalliques partagent une paire d'électrons. Le chlorure de sodium est ionique ; l'eau est covalente.

Pourquoi les atomes se lient-ils du tout ?

Les atomes se lient pour atteindre une disposition d'électrons plus stable, généralement une couche externe complète comme celle des gaz nobles. Ce sont huit électrons externes pour la plupart des atomes (la règle de l'octet), ou deux pour l'hydrogène. Un atome peut y arriver de deux manières : en perdant ou en gagnant des électrons (ionique), ou en les partageant (covalent). La manière dont il procède dépend de la force avec laquelle chaque atome attire les électrons.

Qu'est-ce qu'une liaison ionique ?

Une liaison ionique est l'attraction électrostatique entre les ions positifs et négatifs, formée lorsque des électrons sont transférés d'un atome à un autre.

Prenez le sodium et le chlore. Le sodium (2, 8, 1) a un électron de valence ; le chlore (2, 8, 7) en a sept. Le sodium donne son électron au chlore :

• Le sodium devient Na⁺, avec une couche électronique complète de 2, 8.
• Le chlore devient Cl⁻, avec une couche électronique complète de 2, 8, 8.

Les ions ne s'apparient pas un à un. Chaque Na⁺ est entouré de six Cl⁻ et chaque Cl⁻ de six Na⁺, dans un réseau ionique géant qui s'étend dans toutes les directions. C'est pourquoi nous écrivons NaCl comme un rapport, et non comme une molécule.

Les métaux situés à gauche du tableau périodique perdent des électrons pour devenir des ions positifs ; les non-métaux situés à droite en gagnent pour devenir des ions négatifs. L'oxyde de magnésium (Mg²⁺ O²⁻) et le chlorure de calcium (Ca²⁺ avec deux Cl⁻) sont d'autres exemples.

Qu'est-ce qu'une liaison covalente ?

Une liaison covalente est une paire d'électrons partagée entre deux atomes, les tenant ensemble car les deux noyaux attirent la même paire. Elle se forme entre des non-métaux, qui veulent tous gagner des électrons, afin qu'aucun ne puisse simplement les prendre.

Dans une molécule d'hydrogène (H₂), chaque atome apporte un électron et ils partagent la paire. Dans l'eau (H₂O), l'oxygène partage une paire avec chaque hydrogène, donnant à l'oxygène huit électrons externes et à chaque hydrogène deux. Les atomes peuvent partager plus d'une paire :

• Liaison simple : une paire partagée, comme dans H-H ou C-H dans le méthane (CH₄).
• Liaison double : deux paires partagées, comme dans O=C=O (dioxyde de carbone).
• Liaison triple : trois paires partagées, comme dans N≡N, c'est pourquoi le diazote est si peu réactif.

Le nombre de liaisons qu'un atome forme habituellement est sa valence : hydrogène 1, oxygène 2, azote 3, carbone 4.

Quelle est la différence entre les liaisons ioniques et covalentes ?

Voici la différence entre les liaisons ioniques et covalentes d'un coup d'œil :

	Ionique	Covalente (molécules simples)
Électrons	transférés	partagés par paires
Généralement entre	métal + non-métal	non-métal + non-métal
Particules	ions positifs et négatifs	molécules neutres
Structure	réseau géant	petites molécules séparées
Point de fusion	élevé (NaCl : 801 °C)	faible (eau : 0 °C ; le CO₂ devient un gaz à −78 °C)
Conduit-il l'électricité ?	lorsqu'il est fondu ou dissous, pas à l'état solide	non
Se dissout-il dans l'eau ?	souvent	certains le font, beaucoup ne le font pas#39;t

Les composés ioniques ont des points de fusion élevés car il faut surmonter les fortes attractions entre des millions d'ions dans toutes les directions. Les substances covalentes simples fondent facilement car les liaisons covalentes à l'intérieur de chaque molécule ne sont pas du tout brisées : seules les faibles forces entre les molécules le sont.

Les composés ioniques conduisent l'électricité lorsqu'ils sont fondus ou dissous car les ions sont alors libres de se déplacer et de transporter la charge. À l'état solide, ils sont figés à leur place.

L'exception : les structures covalentes géantes

Certains composés covalents forment des réseaux géants au lieu de petites molécules. Dans le diamant, chaque carbone est lié à quatre autres, donc il ne fond pas du tout à pression normale : il se transforme en vapeur à environ 3 600 °C. Le graphite et le dioxyde de silicium (sable) sont aussi covalents géants. Le graphite est le rare non-métal qui conduit l'électricité, car chaque carbone possède un électron libre de se déplacer le long de ses couches.

Comment l'électronégativité détermine la liaison

L'électronégativité mesure la force avec laquelle un atome attire les électrons d'une liaison. Le fluor est l'élément le plus électronégatif (3,98 sur l'échelle de Pauling) ; le césium et le francium sont les moins électronégatifs (environ 0,8).

La différence d'électronégativité entre deux atomes indique le type de liaison qu'ils forment. En règle générale :

• Moins d'environ 0,4 : une liaison covalente non polaire, partagée équitablement (H-H, C-H).
• Environ 0,4 à 1,8 : une liaison covalente polaire, partagée de manière inégale. Dans l'eau, l'oxygène (3,44) attire plus fortement que l'hydrogène (2,20), donc l'oxygène est légèrement négatif (δ−) et chaque hydrogène légèrement positif (δ+).
• Plus d'environ 1,8 : majoritairement ionique. Le sodium (0,93) et le chlore (3,16) diffèrent de 2,2.

Ainsi, ionique et covalent ne sont pas deux catégories distinctes : ce sont les deux extrémités d'une échelle, avec les liaisons covalentes polaires au milieu.

Erreurs courantes

• Appeler le NaCl une molécule. C'est en fait un réseau d'ions. La molécule appartient aux substances covalentes.
• Penser que les liaisons covalentes sont faibles. La liaison à l'intérieur d'une molécule est forte ; ce sont les forces entre les molécules qui sont faibles.
• Dire que le sel solide conduit. Seuls les composés ioniques fondus ou dissous le font.
• Confondre la liaison ionique avec la liaison métallique. Les métaux se lient entre eux avec une « mer » d'électrons partagés, c'est pourquoi ils conduisent à l'état solide.

Vous voulez savoir où sont situés ces électrons externes ? Observez les couches se remplir dans le Laboratoire d'électrons et voyez ce qui se passe lorsque les électrons sautent entre elles pour expliquer pourquoi les feux d'artifice ont des couleurs différentes.

Foire aux questions

L'eau est-elle ionique ou covalente ?

L'eau est covalente. Chaque molécule d'eau est constituée d'un atome d'oxygène partageant une paire d'électrons avec chacun des deux atomes d'hydrogène. Les liaisons sont polaires, car l'oxygène attire plus fortement les électrons partagés, de sorte que l'extrémité de l'oxygène est légèrement négative et que les extrémités de l'hydrogène sont légèrement positives. Pourquoi cette polarité permet-elle à l'eau de dissoudre tant de composés ioniques comme le sel ?

Quel lien est plus fort, ionique ou covalent ?

Les deux types de liens sont forts et leurs forces se chevauchent. Ce qui diffère vraiment, c'est la structure. Un solide ionique est maintenu par des attractions fortes dans toutes les directions, il a donc un point de fusion élevé. Une substance covalente simple a des liens forts à l'intérieur de chaque molécule mais seulement des forces faibles entre les molécules, elle fond donc facilement. Les structures covalentes géantes comme le diamant sont les plus fortes de toutes.

Comment savoir si un composé est ionique ou covalent ?

Examine d'abord les éléments. Un métal combiné à un non-métal, comme le chlorure de sodium ou l'oxyde de magnésium, est ionique. Les non-métaux combinés entre eux, comme le dioxyde de carbone ou le méthane, sont covalents. Pour vérifier, comparez les électronégativités : une différence supérieure à environ 1,8 indique une liaison ionique. Les propriétés aident également : des points de fusion élevés et une conductivité à l'état fondu suggèrent un composé ionique.

Le chlorure d'hydrogène est-il ionique ou covalent ?

Le chlorure d'hydrogène est covalent : c'est un gaz composé de molécules H-Cl partageant une paire d'électrons. La liaison est toutefois assez polaire, et lorsque le HCl se dissout dans l'eau, il se dissocie en ions H⁺ et Cl⁻, formant ainsi l'acide chlorhydrique. C'est pourquoi la solution conduit l'électricité même si le gaz ne le fait pas.

Essayez-le vous-même

Ouvrez le constructeur de molécules et glissez les atomes ensemble pour former H₂O, CH₄ et CO₂. Comptez les liaisons de chaque atome et vérifiez-les par rapport aux valences indiquées ci-dessus. Remarquez que le dioxyde de carbone ne devient stable que lorsque vous lui donnez deux liaisons doubles. Puis rendez-vous au laboratoire de chimie, ajoutez du sel de table à l'eau et mélangez avec du nitrate d'argent : le précipité blanc correspond aux ions argent et aux ions chlorure qui se rencontrent et se lient dans un réseau solide.