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CHAPITRE 7 (CHIMIE) : STRUCTURE DE LA MATIÈRE CONDENSÉE
PS
I. LES SOLIDES IONIQUES
1. Défniton
Un solide ou cristal ionique est consttué d’ions positfs (catons) et d’ions négatfs
(anions) qui sont régulièrement disposés dans l’espace.
Un solide ionique est électriquement neutre.
2. Nom et formule d’un solide ionique
L a formule statstque d’un solide ionique est la formule chimique la plus simple
qui rend compte de la neutralité du solide.
Elle indique la nature et la proporton des ions présents dans le solide.
Elle commence toujours par la formule du caton suivi de celle de l’anion sans
mentonner les charges électriques des ions.
Exemple : Formule statstque du chlorure de baryum.
Le chlorure de baryum est formé d’ions chlorure Cℓ– et d’ions baryum Ba2+.
Pour que le solide soit électriquement neutre, les charges positves et les charges
négatves doivent se compenser. Il faut donc 2 ions chlorure pour chaque ion
baryum. La formule statstque du chlorure de baryum est donc : BaCℓ2.
Le nom d’un solide ionique est lié à l’anion et au caton qui le composent. Il
commence toujours par le nom de l’anion suivi de celui du caton (contraire de la
formule).
Exemples :
Formule
Nom
ions présents
BaCℓ2
Chlorure de baryum
Ba2+
Cℓ–
NaOH
Hydroxyde de sodium
Na+
HO–
2+
2-
CuSO4
Sulfate de cuivre
Cu
SO4
3. Cohésion des solides ioniques
cf. actvité 1
Dans un solide ionique, chaque ion s’entoure d’ions de signes opposés.
La cohésion des solides ioniques est assurée par les forces électriques atractves
qui s’exercent entre les ions de signes opposés.
Les forces électriques atractves entre ions de signes opposés l’emportent sur les
forces électriques répulsives entre ions de même signe.
II. LES MOLÉCULES POLAIRES
cf. actvité 2
1. Électronégatvité
L’électronégatvité est une grandeur sans unité, désignée par la letre grecque
khi χ. Plus un atome est électronégatf, plus il aura tendance à atrer à lui les
électrons de la liaison covalente dans laquelle il est engagé.
L’électropositvité n’existe pas.
2. Liaison polarisée
Dans une liaison A – B, si l’atome A est plus électronégatf que l’atome B, alors le
doublet d’électrons est statstquement plus proche de A que de B.
L’atome A porte alors une charge électrique partelle négatve δ – tandis que l’atome B
porte une charge électrique partelle positve δ+.
δ–
δ+
A
La liaison A – B est alors polarisée. Elle est notée :
B
On considère qu’une liaison est polarisée lorsque la diférence
d’électronégatvité entre les deux atomes est moyenne à forte, soit comprise entre 0,3
et 2,0.
La liaison covalente polarisée est une situaton intermédiaire entre deux cas
“ limites ” :
• La liaison covalente non polarisée (parfois dite apolaire), reliant deux atomes
identques ou ayant une diférence d’électronégatvité faible. Le doublet d’électrons
est alors équitablement répart entre les deux atomes.
• La liaison ionique, reliant deux atomes ayant une diférence d’électronégatvité
très forte. Le doublet d’électrons est alors intégralement capté par l’atome le plus
électronégatf, et les atomes deviennent des ions, porteurs de charges “ entères ”.
Exemple : Dans le chlorure de sodium NaCℓ solide, les liaisons entre les ions Na + et Cℓ–
sont ioniques. La diférence d’électronégatvité entre les deux atomes mis en jeu dans
ces liaisons vaut 2,3.
3. Polarité d’une molécule
Une molécule est dite polaire si elle forme un dipôle permanent.
Pour être polaire, la molécule doit posséder une ou plusieurs liaisons polarisées, et
présenter des barycentres de charges positves et négatves à deux endroits
distncts.
III. COHÉSION DES SOLIDES MOLÉCULAIRES
1. Descripton des solides moléculaires
Un solide moléculaire est un solide, électriquement neutre, consttué de
molécules. Si les molécules sont arrangées de façon ordonnée, le solide est
cristallin (ex : le diiode), sinon il est dit amorphe (ex : le plexiglas).
La cohésion des solides moléculaires est assurée par deux types d’interactons
intermoléculaires : les interactons de van der Waals et les liaisons hydrogène.
2. Interactons de Van der Waals
Les interactons de Van der Waals (du nom d’un physicien néerlandais du XIX ème
siècle) sont des interactons électriques atractves de faible intensité qui
s’exercent entre les nuages électroniques (nuages formés par les électrons
périphériques) des molécules qui sont en interacton.
Propriétés des interactons de Van der Waals :
• Elles sont d’autant plus importantes que les molécules sont volumineuses.
• Elles sont d’autant plus intenses que les liaisons covalentes de la molécule
sont polaires.
• Elles sont moins intenses que les interactons assurant la cohésion des solides
ioniques.
• Les interactons entre molécules polaires sont plus intenses que les
interactons entre molécules apolaires.
3. Liaison hydrogène
Une liaison hydrogène est une interacton
électrique atractve qui s’établit entre un atome
d’hydrogène H l i é à u n atome A très
électronégatf (tel que F, O, N ou Cℓ) et un atome
B également très électronégatf et porteur d’un
doublet non liant (tel que F, O, N ou Cℓ).
Remarques :
• La liaison hydrogène est représentée en pointllées et les trois atomes
concernés sont alignés.
• Elle s’ajoute aux interactons de Van der Waals.
IV. ASPECTS ÉNERGÉTIQUES
1. Les états physiques de la matère
État solide : les molécules sont très rapprochées et oscillent
légèrement autour d’une positon fxe : l e s l i a i s o n s
intermoléculaires sont très fortes. L’état est ordonné.
État liquide : les molécules sont en mouvement constant tout en
restant en contact les unes avec les autres : les liaisons
intermoléculaires agissent.
État gazeux : les molécules sont très éloignées et animées d’un
mo uv e m e n t d é sord on n é e t c on st a n t : l e s l i a i s o n s
intermoléculaires n’agissent plus.
2. Transfert thermique (cf. TP)
Lorsque deux corps de températures diférentes sont mis en contact, un échange
d’énergie, appelé transfert thermique, s’établit du corps le plus chaud vers le
corps le plus froid, jusqu’à ce que les deux corps aient la même température : on
dit qu’il y a équilibre thermique. Ce transfert thermique peut :
•
conduire à une variaton de température des corps (la température du corps
chaud diminue et celle du corps froid augmente) ;
•
et/ou provoquer un changement d’état physique.
3. Interprétaton microscopique
Variaton de température :
La température est une grandeur macroscopique liée à l’agitaton microscopique
des molécules, appelée agitaton thermique : la température augmente quand
l’agitaton thermique augmente, ce qui provoque un afaiblissement et une rupture
des interactons intermoléculaires.
Changement d’état physique :
À pression constante, lors d’un changement d’état, la température d’un corps pur
reste constante, il n’y a pas de modifcaton de l’agitaton thermique.
Lors d’un changement d’état, le transfert thermique est utlisé pour modifer les
interactons intermoléculaires :
•
Si le corps reçoit de l’énergie, les interactons sont afaiblies et se brisent. Le
corps passe alors à un état moins ordonné (du solide au liquide puis au gaz).
•
Si le corps cède de l’énergie, les interactons sont plus fortes. Le corps passe
alors à un état plus ordonné (du gaz au liquide puis au solide).
Remarque : Plus les interactons intermoléculaires sont fortes, plus les
températures de changement d’état sont élevées.
Compétences atendues :
• Savoir donner la formule et le nom d’un solide ionique.
• Prévoir si une molécule est polaire.
• Interpréter la cohésion des solides ioniques et moléculaires.
• Interpréter à l’échelle microscopique les aspects énergétques d’une
variaton de température et d’un changement d’état.
• Pratquer une démarche expérimentale pour mesurer une énergie de
changement d’état.
Exercices : 11, 12 P 164.