Td rev : Architecture de la matière Synthèse de Madame Bousquet

Td rev : Architecture de la matière
Synthèse de Madame Bousquet
http://ressources.unisciel.fr/cristallo/tp0-intro/co/module_00-cristallographie.html
Exemples de cristaux ioniques
1. Pour une structure cubique, préciser la contribution au contenu d’une maille d’un atome
situé : sur une arête, sur une face, sur un sommet, à l’intérieur.
2. Pour les matériaux suivants, déterminer la formule chimique et en déduire la charge
associée à certains éléments :
Le chlorure de sodium(CCP 2015)
Déterminer le nombre d'ions chlorure et d'ions sodium dans une maille.
1.En déduire la formule chimique de ce cristal.
2.De l'électroneutralité du cristal, déduire la charge de l'ion sodium. A quelle famille de la
classification périodique l'élément sodium appartient-il ?
3.Un logiciel de simulation nous permet de déterminer le paramètre a= de la maille. A partir de
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cette unique donnée est-il possible de déterminer le rayon aCl de l'ion chlorure et le rayon aNa de
l'ion sodium ? Justifier.
La glace : cristal moléculaire
L’eau solide se présente, selon les conditions de température et de pression, sous de nombreuses
variétés allotropiques (pas moins de treize). Certaines d’entre elles ne se rencontrent que dans des
conditions extrêmes régnant à la surface d’autres planètes ou satellites du système solaire.
La glace, quelle que soit sa structure cristallographique,
est formée d’un assemblage régulier de molécules d’eau
qui utilisent, chacune, leurs possibilités d’établir des
liaisons hydrogène. Chaque atome d’oxygène, pris
individuellement, se trouve localisé au centre d’un
tétraèdre dont les sommets sont occupés par les atomes
d’oxygène de quatre autres molécules d’eau, comme
l’illustre la figure 9, introduite par PAULING en 1935. Les
distances séparant les atomes d’oxygène et d’hydrogène
sont respectivement référencées d1 et d2.
Figure 9
d2
d1
aT
d1 = 96 pm
1.
On distingue deux types de liaisons OH dans le cristal de longueur d 1 (liaison covalente) et d2.
(liaison hydrogéne) . Les caractériser. Le tétraèdre est-il régulier ?
2.
Déterminer le nombre moyen de liaisons hydrogène développées par chaque molécule H 2O.
Glace cubique IC
Sous de très faibles pressions et dans l’intervalle de températures de 148 à 188 K, la glace adopte
une structure cubique IC dérivée de la structure « diamant » du carbone. Les atomes d’oxygène des
molécules d’eau décrivent une maille cubique à faces centrées avec occupation de la moitié des sites
tétraédriques (de façon alternée). Le paramètre de maille est noté a C et la masse volumique vaut
rC = 934 kg.m- 3 à 150 K.
3.
Représenter cette maille (vue perspective ou vue projetée sur une face du cube). (Pour simplifier le
schéma, seuls les atomes d’oxygène seront représentés,)
Préciser le nombre de motifs H2O présents dans la maille.
4.
Déterminer la valeur du paramètre de maille a C, puis la longueur de la liaison hydrogène d(O --H),
commenter
Calculer la compacité de cette structure(volume occupé par les molécules/volume de la maille),
sachant qu’une molécule d’eau peut être assimilée à une sphère de diamètre 276 pm.
Commenter en liaison avec l’exploitation des carottes glaciaires pour l’analyse du climat.
Numéro atomique :
H:1;O:8
1
Masses molaires atomiques (g.mol ) : H : 1,00 ; O : 16,0 ; Na : 23,0 ; Cl : 35,5
Constante d'AVOGADRO :
N A = 6,02.10 23 mol-1
5.
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A. Configurations électroniques des atomes, ions,, molécules
Carbone
Déterminer la configuration électronique de l'atome de carbone, de l'oxygène
Déterminer la structure de Lewis des molécules : CO2,CO et CH4
carbone :Z=6
Azote
1.Déterminer la configuration électronique de l'atome d'azote de l'atome d'oxygène, en déduire leurs
structures de Lewis.
L'élément azote se trouve dans les engrais sous des formes très diverses
- à l'état d'ammoniac, dans les engrais liquides,
- à l'état de cation ammonium dans le sulfate, le chlorure ou le nitrate d'ammonium...
- à l'état de nitrate dans le nitrate de sodium, de potassium, d'ammonium...
- sous forme d'urée, de composés organiques...
ion sulfate SO42ion nitrate NO3ion ammonium NH4+
2. Le nitrate d'ammonium ou ammonitrate est préparé par réaction entre l'acide nitrique et l'ammoniac,
écrire les formules de Lewis de l'ammoniac NH 3 et de l'acide nitrique HNO3 ou HONO2.
3. Au cours de la synthèse de l'acide nitrique, les composés suivants apparaissent à des étapes différentes :
NO2+, HNO2 ou HONO.
Donner les structures de Lewis de ces composés sachant qu'il n'y a pas de liaison O-O.
4. Donner la formule des engrais suivants : sulfate d'ammonium, chlorure d'ammonium, nitrate
d'ammonium.
Donner le pourcentage en élément azote du nitrate d'ammonium pur.
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