Activité documentaire: La cohésion moléculaire

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Activité documentaire: La cohésion moléculaire
 Compétence attendue :  Durée : 1 H 30
Comprendre la cohésion des solides moléculaires grâce à plusieurs types de liaisons chimiques.
 APP : Extraire des informations, questionner et identifier le problème
 VAL : Interpréter des résultats
 COM : Rendre compte à l’écrit
 Document 1 : Interactions entre molécules
Le fait que les molécules ne se déplacent pas toujours librement comme elles le font à l'état gazeux mais
qu'elles forment aussi des liquides et des solides, signifie qu'il existe des interactions entre elles. Ainsi,
le fait que l'eau soit liquide à la température ambiante est la manifestation que les molécules d'eau
adhèrent les unes aux autres. Pour faire bouillir l'eau nous devons apporter suffisamment d'énergie pour
écarter les molécules les unes des autres. Les forces responsables de l'adhérence des molécules sont
appelées forces de Van der Waals en référence au scientifique hollandais du dix-neuvième siècle qui les
étudia pour la première fois.
« Le parfum de la fraise », Peter Atkins, Dunod
 Document 2 : Électronégativité d’un atome
L’électronégativité d’un élément chimique est sa capacité à attirer les électrons partagés de la liaison
covalente avec un autre élément. Voici ci-dessous la classification simplifiée de Mendeleïev. Les valeurs
données font partie d’une échelle d’électronégativité dite de Pauling. Plus la valeur est importante et plus
l’élément est électronégatif.
Exemple : F de valeur 4,0 est très électronégatif
Na de valeur 0,9 est très peu électronégatif, donc électropositif
 Document 3 : Polarité d’une liaison, d’une molécule
Si deux atomes impliqués dans une liaison de covalence sont d’électronégativités différentes, les
électrons de la liaison sont délocalisés vers l’atome le plus électronégatif, qui porte alors une charge
partielle négative notée δ-. L’autre atome de la liaison porte, quant à lui, une charge partielle positive
notée δ+. La liaison covalente est dite polarisée.
Exemple :
On dira qu’une molécule est polaire lorsque le centre géométrique des charges partielles positives n’est
pas confondu avec le centre géométrique des charges partielles négatives.
Note : La liaison C-H n’est pas polarisée (liaison apolaire)
car les valeurs d’électronégativité de C et de H sont
proches.

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 Document 4 : Différentes interactions entre solides
Il existe 3 interactions principales pour les phases condensées (solides et liquides). Classons-les par
forces croissantes :
Liaisons de van der Waals
(Liaisons faibles
énergétiquement)
Liaisons Hydrogènes en
pointillés
(environ 10 fois plus intenses que
les liaisons Van der Waals)
Liaisons électrostatiques
(beaucoup plus intenses que les
liaisons hydrogènes)
Concerne les solides moléculaires
Concerne les solides moléculaires
concerne les solides ioniques
 Document 5 : La liaison hydrogène
Colonne de l’oxygène
Oxygène O
Soufre S
Sélénium Se
Tellure Te
Colonne de l’azote
Azote N
Phosphore P
Arsenic As
Antimoine Sb
Colonne du fluor
Fluor F
Chlore Cl
Brome Br
Iode I
Une liaison hydrogène est possible entre 2 molécules si les conditions
suivantes sont réunies :
La molécule 1 possède un atome très électronégatif (O, N, F, Cl)
porteur d’au moins un doublet non liant,
La molécule 2 possède un atome H doté d’une liaison polarisée avec
l’atome voisin.
 Document 6 : Températures de fusion

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QUESTIONS
Q1 : Représenter les charges partielles portées sur les atomes des molécules citées ci-dessous. En
déduire si la molécule a un caractère polaire ou apolaire.
Le chorure d’hydrogène :HCl, l’eau : H2O, le tétrachlorure de carbone :CCl4, le dioxyde de carbone : CO2,
l’acétone : C3H6O, le toluène : C7H8
Q2 : Le professeur fait l’expérience suivante : dans un premier temps, il approche une paille électrisée à
un mince filet d’eau, le filet d’eau est attiré par la paille puis ensuite à un mince filet de cyclohexane, ce
dernier ne bouge pas. Expliquer ce phénomène. On pourra s’aider d’un schéma.
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Q3 : En classe de seconde, vous avez effectué une distillation et une synthèse. Le mélange obtenu était
hétérogène (deux phases, dont une était de l’eau). La dernière étape était une extraction liquide-liquide
afin d’obtenir l’espèce chimique recherchée. Le solvant extracteur était choisi principalement de telle
sorte :
- qu’il ne soit pas miscible avec le solvant d’origine, en général l’eau,
- que les espèces chimiques à extraire y soient le plus solubles possibles,
Pourquoi certaines espèces sont solubles dans des solvants et pas dans d’autres ? Comment expliquez-
vous la solvatation ? Pourquoi certains liquides ne sont pas miscibles entre eux ?
Nous vous proposons de répondre à l’aide des documents et des deux éprouvettes sur la paillasse du
professeur, les deux éprouvettes contiennent du tétrachlorure de méthane, de l’eau et du cyclohexane ;
dans l’une du sulfate de cuivre, dans l’autre du diode.
Expliquez pourquoi le solvant extracteur pour le sulfate de cuivre sera l’eau et pour le diiode le
tétrachlorure de méthane ou le cyclohexane ?
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Q4 : Un solide plus léger qu’un liquide !
Une bouteille pleine d’eau abandonnée dehors par une froide nuit d’hiver éclate quand l’eau gèle. Or, si
l’eau était un liquide comme les autres, par exemple comme le cyclohexane, voir fig.1, son volume devrait
diminuer lors de la solidification et le glaçon coulerait. L’éclatement de la bouteille montre donc que le
contraire se produit : la densité de la glace est inférieure à celle de l’eau liquide. Cela est d’ailleurs en
accord avec le fait que les icebergs flottent sur la mer fig.2
Glaçon de cyclohexane coule dans du cyclohexane
Iceberg flotte sur la mer
Caractéristiques : C6H12
Tfusion= 6,5°C
Tébullition = 80,75°C
Caractéristiques : H2O
Tfusion= 0°C
Tébullition = 100°C
Comment pouvez-vous expliquer ce phénomène ?
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Q5 : Etude du document n°6
Pour les composés d’une même ligne, justifier l’évolution des températures pour n > 2 :
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Comment justifier la discontinuité qui apparaît alors pour l’acide fluorhydrique HF, l’eau H2O et pour
l’ammoniac NH3 ?
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Q6 : 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) :
Questions :
Compléter la dernière colonne du tableau ci-dessus en calculant les masses molaires des alcanes.
Tracer la courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la masse molaire.
Qu’observez-vous ?
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