Exercices liaison hydrogène - correction 1.

Exercices liaison hydrogène - correction

1. Plus les températures de changement d’état sont élevées, plus la liaison entre ions/molécules sont fortes.

2. Comparaison NaCl, NaBr et NaI : Le rayon ionique des halogénures croît de Cl^- vers I^-. Plus l’anion est gros, plus il s’éloigne du cation, plus l’interaction électrostatique diminue et par conséquent la température de fusion.

3. Graphique :

a. La température d’ébullition augmente de manière quasi-linéaire avec le nombre d’atomes de carbone linéaires

b. L’intensité des forces d’interaction de Van der Waals augmentent avec la longueur de la chaîne carbonée.

c. Les liaisons de Van der Waals sont dues à la polarisation (légère) de la liaison C – H. Elles s’établissent entre 1 C d’une molécule et 1H d’une autre molécule.

d. Le décane est liquide à température ambiante car il contient 10 atomes de carbone (Teb = 174°C).

e. La paraffine contient plus de 10 atomes de carbone (C25H52).

4. Dans une même famille de composés organiques, la température d’ébullition augmente avec les longueurs de la chaîne carbonée.

Celles des alcools sont (à longueur de chaîne équivalente) plus élevées que celles des alcanes.

Cela s’explique par la présence de nombreuses liaisons hydrogène qui s’établissent entre les groupes – OH de 2 molécules voisines. Ces liaisons hydrogène sont beaucoup plus fortes que les liaisons de Van der Waals existant entre les alcanes.

5. Kevlar

Entre les chaînes s’établissent des liaisons hydrogène fortes et régulières.

Les chaînes s’organisent en couches.

Les couches sont elles-mêmes liées par des liaisons hydrogène.

Ceci confère au Kevlar un caractère cristallin très régulier et donc très solide.

6. Gecko : Polymérisation de la cystéine :

a. La cystéine est un acide aminé : comme tous les acides aminés, la molécule possède un groupement acide « – COOH » et un groupement amine « – NH2 » à chaque extrémité de la molécule.

Le groupement acide d’une molécule forme une liaison peptidique avec le groupement amine de l’autre :

b. Le verre est un solide moléculaire.

Remarque : le verre est une structure « amorphe » (non cristalline) ; chaque atome de silicium est lié à 4 atomes d’oxygène. Une structure amorphe est moins solide qu’une structure

cristalline (organisée).

c. Interactions entre la protéine (polycystéine) et l’oxyde de silicium :

O

O N

H₂

H SH

O

OH N

H H

SH

O

N N

H₂ N

O H

SH

SH OH O H

S H

O H₂ O

OH N

H H

SH

+ 2

N O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

N H O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H N

O

H

d. Force mise en jeu : F = 2×10⁹ × 20×10^-9 = 40N

Poids du Lézard : P = m.g A.N. P = 0,30 × 9,8 = 3N

Les forces de Van der Waals ont une intensité 10 fois supérieure au poids du gecko.

7. Pneus de voiture :

a. Le caractère visqueux s’explique par la formation de liaisons de Van der Waals entre les polymères. Ces liaisons peu fortes ce cassent facilement et ne permettent pas de solidifier le caoutchouc

b. La vulcanisation fait apparaître des liaisons covalentes très fortes qui ne se cassent pas. Les polymères ne « glissent » plus les uns sur les autres.

c. Si le pourcentage de soufre est trop élevé, trop de ponts covalents se forment entre les polymères ce qui rigidifie l’ensemble.

Le caoutchouc perd de sa souplesse et peut devenir cassant.

8. On mélange m1=100g d’eau à θ1=40°C avec 25g d’eau à θ2=15°C. Calculer la température θf du mélange. (On néglige toutes les quantités de chaleur échangées avec le récipient, l’air…)

Quantité de chaleur échangée par l’eau chaude : Q1 m1c_e





Quantité de chaleur échangée par l’eau froide : Q2 m2c_e





Relation entre les quantités de chaleur : Q₁Q₂0

soit m1c_e

















2 1

2 2 1 1

m m

m m

f 





  



A.N. θf = 35°C

9. Un calorimètre contient m1=250 g d'eau à θ1=60 °C. On y ajoute un glaçon de masse m2=50 g à la température θ2 = -5,0°C. On néglige la quantité de chaleur échangée avec le calorimètre.

Calculer la température de l’eau obtenue θf à l’équilibre thermique.

Quantité de chaleur échangée par l’eau : Q1 m1c_e





Quantité de chaleur échangée par la glace : Q2 m2c_g









(La glace se réchauffe, puis fond, puis l’eau obtenue se réchauffe) Relation entre les quantités de chaleur : Q₁Q₂0

d’où m2c_g 





 









ou ^{f g}





c m L m c

m

















 

2 1

1 1 2

2

2  



A.N. _f     C

 36,2

5 , 1255

62775 16750

5 ,

 522

10. On veut refroidir un verre de jus de fruit pris à θ1=30 °C. La capacité calorifique du verre et du jus est de C1=550 J.C^-1. On introduit alors une certaine masse m2 de glace à θ2=0 °C. On veut que la température finale de l'ensemble soit de θf=10 °C.

On admet qu'il n'y a échange de chaleur qu'entre la glace et le verre de jus de fruit. Calculer la masse de glace m2 nécessaire.

Quantité de chaleur échangée par le verre de jus de fruit : Q1 C1





Quantité de chaleur échangée par le glaçon : Q2 m2L_f m2c_e





(Le glaçon fond puis se réchauffe).

Relation entre les quantités de chaleur : Q₁Q₂0

soit C1









 





2 L_f c_e_f C _f  m

donc

 

f e f

f

c L m C













 

 ^{1 1}

2

A.N m2 = 0,029kg soit 29g