+ - + - + - + - + Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents

Les liaisons
intermoléculaires
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Les liaisons dipôle-dipôle
• Lorsque la différence d’électronégativité entre deux atomes
d’une liaison est plus grande que 0,4, la liaison est dite
polaire.
• Si une molécule ne possède qu’une seule liaison polarisée, ou
si elle en possède plusieurs dont l’effet cumulé n’est pas nul,
la molécule est dite polaire et forme un dipôle.
• Deux dipôles différents s’attirent.
2d-
+
d+
d+
O
H
H
104 °
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
-
+
• Il existe donc des forces de cohésion importantes entre les
molécules d’eau.
• Ces liaisons intermoléculaires n’existeront pas entre des
molécules apolaires telles que CCl4.
• Dans le cas des molécules d’H2O, on appelle ces interactions
dipôle-dipôle par les noms de liaisons hydrogène ou ponts
hydrogène.
-
+
-
+
+
+
-
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Démonstration 1 :
• A l’intérieur d’un liquide constitué de molécules polaires, comme l’eau par
exemple, toutes les molécules sont attirées dans toutes les directions par
leurs voisines, et ces attractions se compensent. Les molécules de la
surface, par contre, ne sont attirées que par les molécules situées à côté
et en dessous d’elles. Il en résulte des forces d’attractions dirigées vers
l’intérieur du liquide, la surface ayant alors une certaine résistance envers
l’extérieur. Cette force de résistance est appelée tension superficielle.
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Démonstration 2 :
• Tous les liquides n’ont pas la même tension superficielle.
• L’ajout de liquide vaisselle réduit la tension superficielle de l’eau en
répartissant ses molécules à la surface de celle-ci. Un produit qui comme
le liquide vaisselle abaisse la tension superficielle de l’eau ou de tout autre
liquide est appelé un agent tensioactif ou un surfactant.
• Les principaux agents tensioactifs sont les détergents.
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
• Les composés tensioactifs sont constitués d’ions ou de molécules dont les
atomes forment des chaînes allongées. Ces chaînes présentent une tête
hydrophile qui peut se lier à l’eau et une queue hydrophobe qui ne peut
pas se lier à l’eau.
Queue hydrophobe
• Les composés tensioactifs du liquide
vaisselle se répartissent à la surface de
l’eau pour former un film interfacial. Les
têtes hydrophiles se substituent aux
molécules d’eau de surface en abaissant la
tension superficielle, c’est-à-dire en
détruisant la « membrane » de surface. Le
poivre est alors évacué sur les bords.
Tête hydrophile
Eau
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
• Les liaisons entre dipôles sont particulièrement fortes dans les
molécules où un (ou plusieurs) atome(s) de H est (sont) lié(s)
avec un atome fortement électronégatif : liaisons H-O, H-N ou
H-F.
O
H
H
H F
H N H
H
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons
hydrogène :
Ethanol
CH3CH2OH
Méthanol
CH3OH
Glucose
C6H12O6
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons
hydrogène :
ADN
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Démonstration 3 :
• Le polyacrylate de sodium est un polymère capable de former un très
grand nombre de liaisons hydrogène, il est ainsi capable d’absorber au
moins 100 fois sa prpopre masse en eau.
• Il est utilisé comme superabsorbant, notamment dans les couchesculottes.
Liaisons
hydrogène
avec les
molécules
d’eau
http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Polyacrylate_de_sodium_superabsorbant
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les
propriétés physiques des corps covalents :
• Les liaisons hydrogène sont des liaisons intermoléculaires
assez fortes. La température de fusion (ou d’ébullition) d’un
corps qui en possède est plus élevée que celle d’un corps qui
n’en a pas.
Température
de fusion [°C]
Température
d’ébullition [°C]
H2O
0
100
H2S
-85
-60
H2Se
-66
-41
HF
-83
19
HCl
-115
-85
HBr
-88
-67
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les
propriétés physiques des corps covalents :
• Plus il y a de liaisons hydrogène entre les molécules d’un
corps covalent, plus sa température de fusion (ou d’ébullition)
est élevée.
Température
Température
de fusion [°C]
d’ébullition [°C]
-117
79
-13
197
Ethanol
CH3CH2OH
Ethanediol
(Ethylène glycol)
HOCH2CH2OH
Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents
Exercice :
• Classer les corps covalents qui suivent selon leurs
températures d’ébullition croissantes :
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
CH2OH-CHOH-CH2OH
H2O
CH3-CH2OH
H2S
CH2OH-CHOH-CH3
CO2
Ne
Réponse :
•
1-g (-246°C) / 2-d (-60°C) / 3-f (-57°C) / 4-b (100°C) / 5-e (188°C) / 6-c
(197°C) / 7-a (290°C)
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
• Toutes les propriétés physiques d’une substance sont très
influencées par la nature des liaisons intermoléculaires :

Température de fusion

Température d’ébullition

Solubilité

Etc…
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
1) Les corps ioniques
• Les corps ioniques sont formés de cations (+)
+ et d’anions (-)
- qui
s’attirent mutuellement grâce à de grandes forces électriques.
http://thepoussin.free.fr/TPE2003/Lexique.htm
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
• La charge électrique globale d’un corps ionique est nulle
nulle.
Exemple d’un cristal de
NaCl :
NaCl est formé de ions
Na+ et Cl- en nombres
égaux
égaux.
Cl-
Na+
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
• Les forces de cohésion entre les ions sont si fortes que
pratiquement tous les corps ioniques sont solides à
température ambiante (25°C).
Vue d’un cristal de NaCl
en coupe :
Cl-
Na+
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
• Les corps ioniques :
a) sont durs et solides
b) ont des points de fusion très élevés
Par exemple : NaCl p.f. 801°C
c) sont cassants
Répulsions !!
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Solubilité des corps ioniques :
• Les ions d’un cristal ionique immergé dans un liquide (polaire
ou non polaire) subissent de la part des molécules du liquide
des chocs dû à l’agitation
l’agitation moléculaire
moléculaire.
• A température ambiante, ces chocs arrivent difficilement à
arracher des ions au réseau cristallin de NaCl.
• Par contre, si le liquide est polaire, les molécules du liquide
présentent un dipôle.
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Solubilité des corps ioniques :
• L’énergie due à l’attraction de l’ion avec le dipôle s’ajoute à
celle communiquée lors du choc : il y a alors assez d’énergie
pour que l’ion puisse quitter le réseau cristallin du solide
ionique. Le solide se dissout
dissout.
+
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Solvatation des ions :
• Dans les solvants polaires, la dissolution des corps ioniques
peut s’expliquer par la solvatation qui accompagne la rupture
des liaisons ioniques entre les ions de charges opposées.
Qu’est-ce que la solvatation ?
• Lorsqu’un ion a été arraché à son réseau cristallin par un solvant
polaire, il s’entourera d’un certain nombre de molécules de solvant.
 Le nombre de molécules de solvant entourant chaque ion
dépendra des tailles
relatives de l’ion et des molécules de
tailles relatives
solvant.
 Les dipôles des molécules de solvant s’orienteront
différemment suivant la charge de l’ion central.
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Exemple :
• NaCl dans l’eau forme les ions Na+ et Cl-, qui seront orientés
ainsi :
+
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dissolution.swf
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
En résumé :
• « Qui se ressemble s’assemble » est aussi valable en chimie !
Ainsi, on peut dire que les corps ioniques sont :
 généralement solubles dans les solvants polaires (eau,
alcool, ammoniac liquide, etc.).
 généralement peu ou pas solubles dans les solvants non
polaires (CCl4, CS2, alcanes, etc.).
 conduisent le courant électrique. Ce sont les ions (qui sont
mobiles dans un liquide) qui conduiront le courant.
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Exercice :
• Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés
solubles dans les quatre solvants proposés :
Soluble dans
H2O
NH3
CCl4
Alcool
KCl
I2
Sucre (C6H12O6)
NaF
(Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les
solvants polaires, puis les associer par paires).
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Exercice :
• Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés
solubles dans les quatre solvants proposés :
Soluble dans
H2O
NH3
KCl
X
X
I2
CCl4
Alcool
X
X
Sucre (C6H12O6)
X
X
X
NaF
X
X
X
(Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les
solvants polaires, puis les associer par paires).
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
2) Les corps covalents
a) Les corps covalents formés de molécules non-polaires
• Seules de très faibles forces (appelées forces de Van der
Waals) interviennent comme forces intermoléculaires et lient
les molécules ensemble.
• Ces composés sont généralement gazeux lorsque la masse des
molécules est petite, comme c’est le cas pour Br2, Cl2, H2, O2,
CH4 ou O2, par exemple.
• Ces composés sont liquides, voire même solides lorsque la
masse des molécules est grande, c’est le cas par exemple des
liquides CCl4 et CS2 ou du solide I2.
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
2) Les corps covalents
b) Les corps covalents formés de molécules polaires
• Dans ces composés, les importantes forces d’attraction entre
les dipôles s’ajouteront aux forces de Van der Waals.
d+
Interactions entre
deux dipôles
d-
d+
d-
d+
d-
d-
d+
d-
d+
d+
d-
d+
d-
Exemple de composé
covalent solide
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
2) Les corps covalents
b) Les corps covalents formés de molécules polaires
• Les températures de fusion (et d’ébullition) de tels composés
sont plus élevées que celles des composés covalents nonpolaires formés de molécules de masses identiques.
Masse molaire
[g/mol]
Température
de fusion [°C]
CH4
16
-184
HI
128
-51
HBr
81
-87
Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques
Solubilité
• Les composés covalents non polaires sont généralement
insolubles dans les solvants polaires (eau, alcool, ammoniac
liquide, etc…), mais solubles dans les solvants non polaires.
• Les composés covalents polaires sont insolubles dans les
solvants non polaires, mais généralement solubles dans les
solvants polaires, puisqu’une interaction entre les dipôles du
solvant et ceux du corps dissous.
Composé
covalent polaire
Solvant