I. Les solides ioniques - Le site de Prof Ben

|1ère S |Thème : Lois et modèles |Activités |
|Chimie |Cohésion des solides ioniques et moléculaires | | |Notions et contenus |Compétences exigibles |
|Cohésion et transformations de la |Interpréter la cohésion des solides ioniques|
|matière |et moléculaires. |
|Solide ionique. Interaction |Réaliser et interpréter des expériences |
|électrostatique ; loi de Coulomb. |simples d'électrisation. |
|Solide moléculaire. Interaction de Van |Interpréter à l'échelle microscopique les |
|der Waals, liaison hydrogène. |aspects énergétiques d'une variation de |
|Variation de température et |température et d'un changement d'état. |
|transformation physique d'un système par|Pratiquer une démarche expérimentale pour |
|transfert thermique. |mesurer une énergie de changement d'état. |
Introduction Les solides peuvent être de 3 types :
solides ioniques (chlorure de sodium par exemple),
solides moléculaires (exemple de l'eau)
solides atomiques (cas du cuivre).
L'objectif de ce chapitre est de comprendre quelles interactions assurent
la cohésion de la matière à l'état solide. Nous n'étudierons pas cette
année la cohésion des solides atomiques. Les solides ioniques
1 Qu'est-ce qu'un solide (ou cristal) ionique ? Cas du fluorure de calcium (CaF2) ou du chlorure de sodium NaC? (Na+ et C?-
). 1 Quelle est la structure électronique du fluor (Z = 9) ? K2L7
2 Quel est l'ion que peut former l'élément fluor ? F-
3 Quelle est le nombre d'électrons externes du calcium de structure
électronique K2L8M8N2 ? 2 e- externes
4 Quel est l'ion que peut former l'élément calcium ? Ca2+. Définition : Un solide ionique est un assemblage de cations et d'anions,
régulièrement disposés dans l'espace. Un solide ionique est électriquement
neutre. 2 Quelles sont les interactions prédominantes dans un cristal ionique ?
1 Où se manifeste l'interaction forte ? Dans le noyau seulement
2 Où se manifeste l'interaction faible ? Dans le noyau seulement
3 Pourquoi l'interaction gravitationnelle est-elle négligeable dans un
cristal ionique ?
Les masses sont très faibles, en conséquence les forces aussi,
comparativement à ...
4 Dans un cristal ionique, l'interaction électrostatique se manifeste-t-
elle ? Justifier votre réponse.
Oui : Il y a une attraction entre ion négatif et ion positif, puisque les
charges mises en jeu sont de charges contraires. 3 Conclusion L'interaction électrostatique entre des ions de charges contraires assure
la cohésion des solides ioniques. (chaque ion s'entoure d'ions de charge
contraire) 4 Exercices
1 Solide ionique ou moléculaire? Le chlorure de sodium NaC? est un solide ionique constitué des ions sodium
Na+ et chlorure C?-. Préciser si les solides suivants sont ioniques ou
moléculaires.
Chlorure de lithium LiC? ; diiode I2; soufre S; fluorure de sodium NaF;
bromure de potassium KBr. 2 Description d'un solide ionique En utilisant la classification périodique (présentée dans les rabats),
écrire la formule des ions qui constituent les solides ioniques suivants :
Iodure de potassium KI ; chlorure de baryum BaC?2 ; carbonate de calcium
Ca(CO3); hydrogénocarbonate de sodium Na(HCO3) ; hydroxyde de sodium NaOH ;
hydroxyde de fer (II) Fe(OH)2. Les solides moléculaires Un solide moléculaire est constitué de molécules régulièrement disposées
dans l'espace. 1 Polarité des molécules L'électronégativité d'un élément chimique correspond à sa capacité
d'attirer les électrons d'une liaison covalente. Elle est désignée par la
lettre ? (khi) :
Exemples : ?(F) = 4,0 ; ?(O) = 3,5 ; ?(C?) = 3,0 ; ?(N) = 3,0 ; ?(C) =
2,5 ; ?(H) = 2,1 ; ?(Na) = 0,9
Ainsi, la liaison covalente entre 2 atomes est polarisée si les 2 atomes
ont une différence importante d'électronégativité :
L'atome le plus électronégatif porte une charge électrique partielle
négative notée : ?-.
L'atome le moins électronégatif porte une charge électrique partielle
positive notée : ?+.
La polarité d'une molécule dépend :
De la différence d'électronégativité entre les atomes liés entre eux.
De la position relative des centres géométriques des charges partielles
négatives et positives.
Remarque : à l'exception des gaz nobles, l'électronégativité augmente :
................................................ sur une même ligne de la
classification périodique.
............................................... dans une même colonne de la
classification périodique. 2 Cohésion des solides moléculaires La cohésion des solides (et des liquides) moléculaires est assurée par deux
types d'interactions intermoléculaires :
Les interactions de Van der Waals (pour tous les solides moléculaires),
Les liaisons hydrogène (pour quelques uns seulement).
Quelques températures de fusion :
eau : 0°C ; diiode : 113°C ; chlorure de sodium : 801°C ; fluorure de
calcium : 1360°C 1 Les interactions de Van der Waals L'interaction de Van der Waals entre des atomes ou des molécules neutres
engendre la déformation de leur nuage électronique de telle sorte qu'ils
deviennent polaires. Elle est associée à des forces attractives dont
l'intensité varie en 1/r7 et la portée est très courte.
Les forces de Van der Waals sont d'autant plus intenses que les électrons
sont nombreux et la molécule étendue.
Le nuage électronique d'une molécule fluctue au cours du temps. Lorsque les
molécules s'approchent les unes des autres (< 5nm), le nuage électronique
se déforme et les molécules deviennent polaires (même si elles ne l'étaient
pas de façon permanente).
Les interaction de Van de Waals sont de type électrostatique. Elles sont
d'autant plus fortes que les atomes contiennent beaucoup d'électrons et que
les molécules sont volumineuses. 2 La liaison hydrogène Les liaisons hydrogène sont des liaisons intermoléculaires qui ne
s'établissent qu'entre certaines molécules et qui impliquent toujours un
atome d'hydrogène (voir doc.3). Elles sont vingt fois moins intenses que
les liaisons covalentes, mais dix fois plus intenses que les liaisons de
Van der Waals. 1 Cas de l'eau La température de fusion de l'eau devrait être inférieure à celle du
sulfure d'hydrogène car les liaisons de Van der Waals sont moins fortes
lorsque la molécule est moins volumineuse. 2 Les molécules d'éthanol et de méthoxyméthane Les molécules d'éthanol et de méthoxyméthane sont isomères, de formule
brute C2H6O et de polarités voisines. On pourrait penser, en ne considérant
que les liaisons de Van der Waals, que leurs énergies de cohésion, donc
leurs températures de fusion et d'ébullition sont voisines. Il n'en est
rien !
En regardant les valeurs du tableau, on se rend compte que les énergies de
liaisons sont plus grandes pour l'éthanol que pour le méthoxyméthane. Il y
a en effet des interactions attractives supplémentaires dans l'éthanol :
les liaisons hydrogène. 3 Quelles sont les conditions nécessaires pour que s'établissent des
liaisons hydrogène ? L'atome d'hydrogène se lie avec un doublet non liant d'un atome d'oxygène
Mais ce n'est pas suffisant : dans le méthoxyméthane, il y a aussi un atome
O avec des doublets non liants et un atome H. Pourtant, aucune liaison
hydrogène ne se fait. Il doit y avoir une condition sur l'atome H : dans
l'éthanol, il est lié à un atome très électronégatif (O), mais pas dans le
méthoxyméthane (C).
Une liaison hydrogène se forme lorsqu'un atome d'hydrogène lié par liaison
covalente à un atome A, très électronégatif, interagit avec un atome B,
également très électronégatif et porteur d'un doublet non liant. 4 Remarques : Les atomes A et B sont essentiellement O, C?, F et N.
Les 3 atomes participant à la liaison hydrogène sont souvent alignés.
Toute molécule qui possède le groupement OH présente des liaisons hydrogène
(eau, éthanol).
Des liaisons hydrogène peuvent aussi s'établir à l'état liquide.
La liaison hydrogène est plus forte que l'interaction de Van der Waals. 3 Que se passe-t-il lorsqu'on chauffe un solide ? Lors d'un chauffage, l'énergie thermique apportée à un corps pur
moléculaire peut :
Conduire à une élévation de température avec rupture d'interactions
intermoléculaires et accroissement de l'agitation des molécules (l'énergie
thermique est transformée en énergie cinétique),
Provoquer un changement d'état avec seulement rupture d'interactions
intermoléculaires : la température reste alors constante. Connaître le nom
des changements d'état ci-dessous. 4 Exercices
1 Nature des interactions à l'état liquide L'éthanol (C2H5OH) bout à 78 °C et le propane (C3H8), à-42°C. Quelle est la
nature des interactions présentes à l'état liquide pour chaque liquide
moléculaire ? Dans l'éthanol, sont présentes les interactions de Van Der Waals et des
lisaisons hydrogène.
Dans le propane ne sont présentes que les interactions de Van Der Waals.
2 Critère d'identification d'espèces chimiques Classer les composés suivants par ordre croissant de leur température
d'ébullition, en justifiant
correction :
c