interactions intermoléculaires
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THÈME : OBSERVER/LOIS ET MODÈLES CHAP. XII COHÉSION DES SOLIDES IONIQUES ET MOLÉCULAIRES INTERACTION INTERMOLÉCULAIRE DOCUMENT 1: L’INTERACTION ÉLECTROSTATIQUE : LA LOI DE COULOMB La cohésion des solides et des liquides résulte de l’interaction électrostatique entre particules chargée (charge partielles ou charge entières selon le cas) En 1785, Charles Coulomb établit la loi des interactions électrostatiques activité 1S Deux corps ponctuels A et B, séparés d’une distance d et portant les charges électrique qA et qB, exercent l’un sur l’autre des forces 𝐹!/! et 𝐹!/! telles que 𝐹!/! = −𝐹!/! -­‐ de direction : droite AB -­‐ leur sens : -­‐ forces attractives si les charges sont de signes opposés -­‐ forces répulsives si les charges sont de mêmes signes. -­‐ leurs valeurs sont égales 𝑞! . 𝑞! 𝐹!/! = 𝐹!/! = 𝑘. 𝑑! Charles Coulomb Loi de Coulomb 𝑞! . 𝑞! 𝐹!/! = 𝐹!/! = 𝑘. 𝑑! unités S.I. 𝑞! 𝑒𝑡 𝑞! 𝑒𝑛 𝐶 𝑑 𝑒𝑛 𝑚 𝑘 = 9,0. 10! 𝑁. 𝑚 ! . 𝐶 !! Représenter les F!/! et F!/! A) COHÉSION DES SOLIDES IONIQUES : Un solide ionique est constitué d’anions et de cations assimilés à des sphères dures et disposées régulièrement dans l’espace. Un solide ionique est électriquement neutre. La formule d’un solide ionique est appelée formule statistique. Elle indique la nature et la proportion des ions présents. Exemple : Na2SO4 est constitué de 2 ions sodium 𝑁𝑎 ! pour 1 ion sulfate 𝑆𝑂! !! Cristal de chlorure de sodium NaCL Na2SO4 Ce solide ionique se nomme : sulfate de sodium NaCl est constitué ……….. sodium 𝑁𝑎 ! pour …….. chlorureCl! L’interaction …………………. entre ions de même signe est supérieure l’interaction……………………. entre ions de signe …………. APPLICATION 1 : Noms cations formules fer II fer III Al3+ cuivre II Zn2+ Na+ 2+ Ca et formule d’ions à connaître : compléter cations formules K + hydrogène magnésium Ag baryum ammonium + anions formules anions formules sulfure fluorure sulfate NO! ! Cl! oxyde O!! carbonate Hydrogéno carbonate hydroxyde phosphate APPLICATION 2 : NOMS ET FORMULES STATISTIQUES DE COMPOSÉS IONIQUES nom fluorure de calcium Hydroxyde de cuivre II phosphate d’argent Formule Ions présents 𝐹 ! 𝐶𝑎!! 𝐶𝑎𝐹! nitrate d’argent sulfate de baryum nom Chlorure de cuivre II carbonate d’ammonium Nitrate d’aluminium carbonate de calcium sulfate d’ammonium Formule Ions présents B) COHÉSION DES SOLIDES MOLÉCULAIRE I. INTERACTIONS DE VAN DER WALLS 1) Cas des molécules polaires : Exemple de la molécule de chlorure d’iode ICl a) La molécule de chlorure d’iode est elle polarisée ? Pourquoi ? ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. b) Représenter ci-contre comment s’orientent les molécules dans le chlorure d’iode solide c) Conclusion : la cohésion du solide moléculaire constituée de molécule polaire est assurée par les interactions …………………………… entre ces …………….. permanents 2) Cas des molécules apolaires : Exemple de la molécule de Diiode I2 a) En moyenne : Dans la molécule de diiode, les électrons du doublet n’ont pas de position définie et sont en mouvement permanent aussi souvent près d’un noyau que de l’autre, au sein du « nuage électronique Dans cette molécule, les électrons se situent statistiquement aussi souvent près d’un noyau que de l’autre, c’est pourquoi on dit que la molécule de diiode est apolaire. b) À un instant donné : les électrons peuvent être plus proches de l’un des deux noyaux. Un dipôle instantané apparaît alors au sein de la molécule. Lorsqu’un dipôle instantané apparaît ainsi, il polarise par influence la molécule de diiode voisine en déformant son nuage électronique. Ces polarisations instantanées changent à tout instant Indiquer ci-­‐contre les charges partielles instantanées qui apparaissent ainsi que le moment dipolaire instantané correspondant Lorsqu’un dipôle instantané apparaît ainsi, il polarise par influence la molécule de diiode voisine en déformant son nuage électronique. Ces polarisations instantanées changent à tout instant. Ces dipôles instantanés qui apparaissent ainsi au sein de toutes les molécules du solide interagissent. Ces interactions électrostatiques changent à tout instant mais leur effet global est permanent. c) Conclusion la cohésion du solide moléculaire apolaire est assurée par . Les interactions …………………….entre ces ……………….. ……………….. nuage électronique du doublet liant de I2 disymétrie instantanée du nuage électronique polarisation à l’instant t polarisation à l’instant t’ d) Forces de Van der Waals Ces interactions entre dipôles électriques permanents ou instantanés qui assure la cohésion d’un solide moléculaire polaire ou apolaire sont appelées interactions de Van der Waals Les interactions de Van der Waals participent à la cohésion d’un solide moléculaire qu’il soit polaire ou apolaire II. LA LIAISON HYDROGÈNE a) Définition La liaison hydrogène est la plus forte des liaisons intermoléculaires (10 à 235 kJ/mol). C’est un cas particulier des interactions de Van der Waals. Une liaison hydrogène se forme lorsqu’un atome d’hydrogène lié (au sein d’une molécule) à un atome A très fortement électronégatif interagit avec un atome B d’une autre molécule et également très électronégatif et porteur d’un doublet non liant La liaison hydrogène n’est pas une liaison de covalence mais une interaction attractive forte Toute molécule qui possède des groupes (hydroxyle) –O-­‐H présente des liaisons hydrogène qui vont participer, en plus des liaisons de Van der Waals, à la cohésion du solide moléculaire. b) Application Représenter les charges partielles sur les molécules ci-­‐dessous. Faire figurer les doublets non liants sur les atomes d’oxygène et d’azote. Enfin, à l’aide de la définition de la liaison hydrogène, la représenter symboliquement par des pointillés entre les atomes concernés. cas de l’eau cas de l’éthanol cas d’un mélange d’eau et d’ammoniac III. APPLICATIONS 1) Changement d’état Doc 1. Température d’ébullition des alcanes et masse molaire Les alcanes sont des hydrocarbures (molécules constituées uniquement d’atomes de C et de H) ne présentant que des liaisons C-­‐C simples. Leur formule brute est CnH2n+2. Voici quelques alcanes linéaires (alcanes dont la chaîne carbonée ne comporte pas de ramification (chaque atome de C n’est lié qu’à 2 autres atomes de C) : Masse Formule brute Alcane molaire θeb (°C) (g.mol-­‐1) CH4 Méthane -­‐ 161,7 C2H6 Ethane -­‐ 88,6 C3H8 Propane -­‐ 42,1 C4H10 Butane -­‐ 0,5 Questions a. Calculer la différence d’électronégativité entre l’hydrogène et le carbone grâce au tableau d’électronégativités Comparer avec la différence d’électronégativité entre l’hydrogène et l’oxygène. Les alcanes sont-­‐ils polaires ou apolaires ? ........................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... b. Compléter la dernière colonne du tableau du document 2 en calculant les masses molaires des alcanes. c. Tracer la courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la masse molaire. température d'ébullition (°C) 50 0 0 e. f. g. 20 30 40 50 60 70 -­‐50 -­‐100 -­‐150 -­‐200 d. 10 masse molaire (g.mol-­‐1) Qu’observez-­‐vous ? ........................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... Comment expliquer ce constat à l’aide de l’interaction décrite précédemment ? ........................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... Le décane est un alcane linéaire de formule brute C10H22. À votre avis, quel est son état physique à température ambiante ? Pourquoi ? ........................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................... La paraffine de bougie est constituée de molécules d’alcanes à chaîne linéaire. Que pouvez-­‐vous dire sur la longueur de la chaîne carbonée de la paraffine de bougie ? Argumenter. ........................................................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................................................
