Cohésion des solides ionique et moléculaire

Comprendre
Cohésion et transformations de la matière
Chapitre 8 : Cohésion des solides
AD1-27/02/17
Activité 1 : Cohésions des solides ionique et moléculaire
Objectif : Interpréter la cohésion des solides ioniques et moléculaires
Quelles interactions assurent la cohésion de la matière à l’état solide ?
I Solide ionique
Document 1 : les solides ioniques
Le sel de cuisine est constitué de chlorure de sodium
solide, de formule NaCl. Ce solide se dissout facilement
dans l’eau pour former une solution aqueuse ionique
et des ions sodium
contenant des ions chlorure
. Le solide est lui-même constitués de ces ions.
Grâce aux rayons X on a pu mettre en évidence un
agencement tridimensionnel régulier des ions chlorure
et des ions sodium
sur de longue distance.
Document 2 : Données
La charge de l’ion sodium est q
e et son
rayon est de r
97 10 m
e et
La charge de l’ion chlorure est q
son rayon est de r
181 10 m
La distance la plus petite entre les centres de
deux ions chlorure : d 3,93.10 ! m
" 9 10# $%
& 1,6 10 # Document 3 : Représentations du chlorure de sodium
Cette structure est décrite par un empilement de de cubes élémentaires. Deux modèles de représentation des
cubes élémentaires sont utilisés :
le modèle compact où les ions sont assimilés à des sphères rigides (Figure de gauche)
le modèle éclaté où seul le centre des ions est représenté (Figure de droite)
1°/ Décrire la structure du chlorure de sodium à l’échelle atomique. APP
et un ion
. REA
2°/ Calculer la force d’interaction électromagnétique entre un ion
3°/ Calculer la force d’interaction électromagnétique entre deux ions
.. REA
4°/ Expliquer l’origine de la cohésion du chlorure de sodium malgré les répulsions entre ions de mêmes
signes. ANA
1
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II solide moléculaire
Document 1 : Liaison de Van der Waals
Johannes Diederik Van der Waals est un physicien
néerlandais (1837-1923). Il a obtenu le prix Nobel de
physique en 1910 pour ses travaux sur les forces de
cohésion à courte distance. Au sein de la matière, les
nuages électroniques des atomes exercent les uns sur les
autres des interactions électromagnétiques. Ces
interactions ont été nommées interactions de Van Der
Waals en son honneur.
Document 2 : Electronégativité d’un atome
Electronégativité d’un atome est l’aptitude d'un atome, ou
d'un groupe d'atomes, au sein d’une molécule à attirer vers
eux les électrons de liaison.
Document 3 : Polarité d’une liaison ou d’une
molécule
Si deux atomes impliqués dans une liaison
covalente sont d’électronégativités différentes
(supérieur à 1) , la répartition des charges est
dissymétrique : 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 molécule est
électriquement neutre) comme le montre le schéma
ci-dessous :
Plus les charges sont réparties de façon
asymétrique, la molécule sera polaire (elle peut être
assimilée à un dipôle électrostatique), et a contrario,
si les charges sont réparties de façon totalement
symétrique, elle sera apolaire, c'est-à-dire non
polaire. La polarité des molécules influe sur un certain
nombre de caractéristiques physiques (températures
de fusion et d'ébullition, solubilité, tension
superficielle) ou chimiques (réactivité).
1°/ En s’appuyant sur les documents 2 et 3, expliquer pourquoi les molécules ci-dessous ont des
liaisons polaires. ANA
2°/ Indiquer sur ces molécules les charges partielles à l’aide de l’échelle d’électronégativité. ANA
H
Cl
Document 4 : 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) :
Formule brute
Alcane
θeb (°C)
Masse molaire (g.mol-1)
CH4
Méthane
- 161,7
16
C2H6
Ethane
- 88,6
30
C3H8
Propane
- 42,1
44
C4H10
Butane
- 0,5
58
2
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Document 5 : Mouvement des élections au sein d’une molécule
Les molécules sont composées d'atomes eux-mêmes constitués d'un minuscule noyau central chargé
positivement, entouré d'un nuage d'électrons chargé négativement. Nous devons nous imaginer que ce nuage
n'est pas figé dans le temps.
Au contraire, il est comme un brouillard mouvant, épais à un endroit donné à un certain instant et léger au même
endroit l'instant suivant. Là où brièvement le nuage s'éclaircit, la charge positive du noyau arrive à percer. Là où
brièvement le nuage s'épaissit, la charge négative des électrons surpasse la charge positive du noyau. Lorsque
deux molécules sont proches, les charges résultant des fluctuations du nuage électronique interagissent ; la
charge positive du noyau qui pointe par endroit est attirée par la charge négative partiellement accumulée dans
la partie dense du nuage électronique. De ce fait les deux molécules adhèrent. Toutes les molécules interagissent
de cette façon.
3°/ D’après le document 5, les molécules apolaires possédant des liaisons apolaires interagissent
quand même entre elles pourquoi ? ANA
4°/ De quel type sont les interactions de Van Der Waals ? A quoi sont-elles dues ? VAL
5°/ Calculer la différence d’électronégativité entre l’hydrogène et le carbone grâce au tableau du
document 2. Comparer avec la différence d’électronégativité entre l’hydrogène et l’oxygène. Les
alcanes possèdent-ils des liaisons polaires ou apolaires ? APP
6°/ Tracer la courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la masse molaire. Qu’observezvous ? REA
7°/ Comment expliquer ce constat à l’aide de l’interaction décrite précédemment ? ANA
3
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Document 6 : Liaisons hydrogènes
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. Elle se manifeste uniquement entre une molécule qui
comporte un atome d’hydrogène lié à un atome X petit et très électronégatif (N, O ou F) et un autre atome,
Y, possédant un doublet non liant (F, O ou N) :
8°/ Combien de doublets non liants possèdent les atomes d’oxygène et d’azote. ANA
Données : )( , *
9°/ Faire figurer les doublets non liants sur les atomes d’oxygène et d’azote sur les molécules du
document 6. Représenter ensuite les charges partielles sur celles-ci. Enfin, à l’aide de la définition de
la liaison hydrogène, la représenter symboliquement par des pointillés entre les atomes concernés.
REA
10°/ Comment est assurée la cohésion des solides moléculaires ? VAL
Compétences
Approprier
Analyser
Réaliser
Valider
Capacités
Extraire les informations des documents
Extraire et analyser les informations
Réaliser des calculs
Extraire des informations des données et les exploiter
4
A
B
C
D