Interactions au sein de la matière

Interactions au sein de la matière
Liaisons polarisées :
Lorsque deux atomes sont unis par une liaison covalente, il peut arriver que les 2 électrons mis en commun
soient plus souvent à proximité d'un des atomes que de l'autre: on dit alors que l'atome qui attire les électrons
vers lui est plus électronégatif que l'autre, et que la liaison covalente est polarisée.
Il apparait alors une petite charge négative –q sur l'atome le plus électronégatif et une petite charge positive +q
sur l'autre atome.
Les atomes les plus électronégatifs sont situés en haut à droite de la classification périodique. Ce sont aussi
ceux qui donnent facilement des ions négatifs (anions): fluor F , chlore Cl , oxygène O , azote N , soufre S, ...
Le carbone et l'hydrogène ne sont pas électronégatifs.
Ainsi les liaisons CO , OH , HCl , NH sont polarisées, mais les liaisons C H ne sont pas polarisées.
Polarité d'une molécule :
–2q
–q
+2q
–q
O
Une molécule est polaire s'il est possible de la diviser en deux parties, l'une
O C O
H
H
portant une petite charge positive, l'autre une petite charge négative.
+q
+q
La molécule d'eau, coudée, est polaire. Par contre, la molécule de dioxyde de carbone, linéaire, ne l'est pas.
Solides ioniques :
Le « sel de cuisine » est un solide blanc constitué d’ions chlorure et d’ions sodium.
Les ions de même charge se repoussent tandis que les ions de charges contraires s’attirent.
Ces forces électriques conduisent à un arrangement régulier des ions les uns par rapport
aux autres : on dit alors que la structure du solide est cristalline.
La formule chimique du chlorure de sodium solide est NaCl(s) :
elle ne fait pas apparaître les charges portées par les ions qui le constituent,
mais elle indique qu’il y a en moyenne 1 ion Na+ pour 1 ion Cl–
de façon à ce que le solide soit globalement neutre.
La dissolution d’un solide cristallin ionique dans l’eau s’effectue en 3 étapes :
* séparation des ions qui constituent le solide. Ceci est possible car les forces électriques
sont environ 80 fois plus faibles dans l’eau que dans l’air.
* hydratation des ions qui s’entourent de molécules d’eau, car celles-ci sont polaires.
* dispersion des ions dans toute la solution aqueuse, qui peut être accélérée en agitant la solution.
Celle-ci devient alors homogène (propriétés identiques en tout point).
Solides moléculaires :
Un cristal moléculaire est constitué de molécules régulièrement disposées dans l'espace.
Comment expliquer la cohésion de ces cristaux, sachant que les molécules sont électriquement neutres ?
* Cas des molécules non polaires (apolaires) :
Le diiode I2 est constitué par 2 atomes identiques qui ont mis en commun 2 électrons.
Ces 2 électrons en mouvement incessant sont statistiquement aussi souvent près
d'un noyau que de l'autre. Mais à un instant donné, ils peuvent se trouver plus près
d'un noyau que de l'autre, l'inverse pouvant se produire quelques instants plus tard.
Il apparait ainsi en permanence des petites charges électriques fluctuantes sur une
molécule. Cela va induire par influence des petites charges électriques de signe
contraire sur une molécule voisine.
Ces interactions entre dipôles électriques instantanés qui changent à tout instant
sont toujours attractives et s'appellent interactions de Van der Walls .
* La "liaison hydrogène" concerne en particulier les molécules possédant une liaison O H :
La liaison O H est polarisée et l'atome d'oxygène est porteur de 2 doublets non liants.
Il apparait alors une interaction attractive, appelée "liaison hydrogène" entre l'atome
d'hydrogène d'une molécule, porteur d'une petite charge positive, et un doublet non
liant de l'atome d'oxygène de l'autre molécule, porteur d'une petite charge négative.
L'interaction assurée par la liaison hydrogène est plus intense que les interactions
de Van der Walls, mais beaucoup moins intense qu'une liaison covalente.
Solutés et solvants :
Les solides moléculaires constitués de molécules polaires (sucres,...) ou les solides ioniques sont très solubles
dans les solvants constitués de molécules polaires (eau , alcool , ...) mais très peu solubles dans les solvants
constitués de molécules non polaires (cyclohexane,..).
Et inversement pour les solides constitués de molécules non polaires (diiode,...).
Les solvants constitués de molécules polaires sont miscibles entre eux (interactions électriques entre charges
fixes de signes contraires).
Les solvants organiques constitués de molécules non polaires sont miscibles entre eux (interactions de Van der
Walls).
Mais les solvants constitués de molécules polaires et ceux constitués de molécules
non polaires sont non miscibles car ces molécules n'ont pas d'attirance entre elles.
En effet, une charge fluctuante (tantôt positive, tantôt négative) va se trouver
tantôt attirée, tantôt repoussée par une charge stable (de signe constant)
et la résultante de ces forces sera nulle.